JP2013138222A - Solid-state imaging device - Google Patents

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Fujio Masuoka
富士雄 舛岡
Hiroki Nakamura
広記 中村
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Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd
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Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device having a large ratio of the surface area of a light-receiving portion to the surface area of one pixel.SOLUTION: A solid-state imaging device includes a signal line 154 formed on a substrate, an island semiconductor disposed on the signal line, and a pixel selection line 156 connected to an upper portion of the island semiconductor. The island semiconductor includes: a first semiconductor layer 153 disposed under the island semiconductor and connected to the signal line; a second semiconductor layer adjacent to an upper side of the first semiconductor layer; a gate 155 connected to the second semiconductor layer via an insulating film; a charge storage portion 151 connected to the second semiconductor layer and composed of a third semiconductor layer in which the amount of charges changes when receiving light; and a fourth semiconductor layer 150 being adjacent to upper sides of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer and connected to the pixel selection line 156. The solid-state imaging device is arranged in a honeycomb shape on the substrate.

Description

この発明は、固体撮像素子に関するものである。 The present invention relates to a solid-state image sensor.

各画素毎に増幅機能を持たせ、走査回路により読み出す増幅型固体撮像装置すなわちCMOSイメージセンサが提案されている。CMOSイメージセンサでは、1画素内に、光電変換部と増幅部と画素選択部及びリセット部が形成され、フォトダイオードからなる光電変換部の他に3個のMOSトランジスタが用いられる(例えば、特許文献1)。すなわち、従来のCMOSイメージセンサは、4つの素子からなる。CMOSセンサは、フォトダイオードからなる光電変換部で生成された電荷を蓄積し、蓄積した電荷を増幅部にて増幅し、画素選択部を用いて増幅した電荷を読み出す。 An amplification type solid-state imaging device, that is, a CMOS image sensor that has an amplification function for each pixel and reads out by a scanning circuit has been proposed. In a CMOS image sensor, a photoelectric conversion unit, an amplification unit, a pixel selection unit, and a reset unit are formed in one pixel, and three MOS transistors are used in addition to the photoelectric conversion unit formed of a photodiode (for example, Patent Documents). 1). That is, the conventional CMOS image sensor is composed of four elements. The CMOS sensor accumulates electric charges generated by a photoelectric conversion unit made of a photodiode, amplifies the accumulated electric charges by an amplification unit, and reads the amplified electric charges using a pixel selection unit.

図1に、従来のCMOSイメージセンサの単位画素を示す。図1において、5は光電変換用フォトダイオード、101は増幅用トランジスタ、102はリセットトランジスタ、103は選択トランジスタ、13は信号線、11は画素選択クロックライン、12はリセットクロックライン、14は電源線、114はリセット用の電源線である。従来のCMOSイメージセンサの単位画素は、フォトダイオードの他に、3個のMOSトランジスタ、計4素子を平面に持つ。すなわち、1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合を大きくすることは、困難であった。 FIG. 1 shows a unit pixel of a conventional CMOS image sensor. In FIG. 1, 5 is a photoelectric conversion photodiode, 101 is an amplifying transistor, 102 is a reset transistor, 103 is a selection transistor, 13 is a signal line, 11 is a pixel selection clock line, 12 is a reset clock line, and 14 is a power supply line. 114 are reset power lines. A unit pixel of a conventional CMOS image sensor has three MOS transistors, a total of four elements, in addition to a photodiode. That is, it is difficult to increase the ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel.

0.35μm, 1ポリシリコン層, 2金属層CMOSプロセスを用いた、従来のCMOSイメージセンサにおいて、1画素の表面積に対する受光部(フォトダイオード)の割合は17%であると、報告されている(非特許文献1)。また、0.15μm wiring−ruleプロセスを用いたとき、1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合は30%であると、報告されている(非特許文献2)。 In a conventional CMOS image sensor using a 0.35 μm, 1 polysilicon layer, 2 metal layer CMOS process, the ratio of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel is reported to be 17% ( Non-patent document 1). Further, when the 0.15 μm wiring-rule process is used, the ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel is reported to be 30% (Non-patent Document 2).

特開2000−244818JP 2000-244818

H.Takahashi, M. Kinoshita, K. Morita, T. Shirai, T. Sato, T. Kimura, H. Yuzurihara, S. Inoue, “A 3.9μm Pixel Pitch VGA Format 10b Digital Image Sensor with 1.5-Transistor/Pixel”, ISSCC Dig. Tech. Papers, pp.108−109, 2004.H. Takahashi, M. Kinoshita, K. Morita, T. Shirai, T. Sato, T. Kimura, H. Yuzurihara, S. Inoue, “A 3.9 μm Pixel Pit m Git. Transistor / Pixel ", ISSCC Dig. Tech. Papers, pp. 108-109, 2004. M. Kasano, Y. Inaba, M. Mori, S. Kasuga, T. Murata, T. Yamaguchi, “A 2.0μm Pixel Pitch MOS Image Sensor with an Amorphous Si Film Color Filter”, ISSCC Dig. Tech. Papers, pp.348-349, 2005.M. Kasano, Y. Inaba, M. Mori, S. Kasuga, T. Murata, T. Yamaguchi, “A 2.0 μm Pixel Pitch MOS Image Sensor with Si Amorphous Amorphous Morph.” pp.348-349, 2005.

そこで、1画素の表面積に対する受光部の表面積の割合が大きいイメージセンサを提供することを課題とする。 Therefore, an object is to provide an image sensor in which the ratio of the surface area of the light receiving portion to the surface area of one pixel is large.

本発明の1態様では、
ゲートとソースが光電変換用フォトダイオードとして機能し、ゲートが電荷蓄積部として機能し、電荷蓄積部の電荷を増幅する接合トランジスタからなる増幅用トランジスタと、
増幅用トランジスタのゲートにソースが接続され、電荷蓄積部をリセットするMOSトランジスタからなるリセットトランジスタと、
増幅用トランジスタのドレインに陽極が接続され、リセットトランジスタのドレインに陰極が接続されたダイオードと、
増幅用トランジスタのソースに接続された画素選択線と、
ダイオードの陰極に接続された信号線と、
で構成された固体撮像素子が提供される。
In one aspect of the invention,
An amplifying transistor comprising a junction transistor in which a gate and a source function as a photoelectric conversion photodiode, a gate functions as a charge storage unit, and amplifies the charge in the charge storage unit;
A reset transistor composed of a MOS transistor having a source connected to the gate of the amplifying transistor and resetting the charge storage unit;
A diode having an anode connected to the drain of the amplifying transistor and a cathode connected to the drain of the reset transistor;
A pixel selection line connected to the source of the amplifying transistor;
A signal line connected to the cathode of the diode;
The solid-state image sensor comprised by this is provided.

本発明の別の態様は、固体撮像素子の駆動方法が提供される。
すなわち、前記画素選択線に第1の駆動電圧を印加し、前記信号線に第2の駆動電圧を印加し、前記ゲートに第3の駆動電圧を印加することにより、前記電荷蓄積部のリセットを行う。
また、前記画素選択線に前記第1の駆動電圧を印加し、前記ゲートに前記第1の駆動電圧を印加し、前記信号線に前記第1の駆動電圧を印加することにより、受光を行い前記電荷蓄積部に蓄積した電荷量を変化させる。
また、前記画素選択線に前記第2の駆動電圧、前記ゲートに前記第1の駆動電圧、前記信号線に前記第1の駆動電圧を印加することにより、前記電荷蓄積部に蓄積した電荷を増幅し、読み出し電流を流し、読み出しを行う。
Another aspect of the present invention provides a method for driving a solid-state imaging device.
That is, by applying a first drive voltage to the pixel selection line, applying a second drive voltage to the signal line, and applying a third drive voltage to the gate, the charge storage unit is reset. Do.
The first drive voltage is applied to the pixel selection line, the first drive voltage is applied to the gate, and the first drive voltage is applied to the signal line to receive light and The amount of charge accumulated in the charge accumulation unit is changed.
Further, by applying the second drive voltage to the pixel selection line, the first drive voltage to the gate, and the first drive voltage to the signal line, the charge accumulated in the charge accumulation unit is amplified. Then, a read current is supplied to perform reading.

また、本発明の好ましい態様では、
基板上に配列された固体撮像素子を備えた固体撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、
基板上に形成された信号線と、
前記信号線の上に配置される島状半導体と、
前記島状半導体の上部に接続された画素選択線とを含んでおり、
前記島状半導体は、
前記島状半導体の下部に配置され、前記信号線に接続された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートと、
前記第2の半導体層に接続された、受光すると電荷量が変化する第3の半導体層からなる前記電荷蓄積部と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接し、前記画素選択線に接続された第4の半導体層と、を備え、
前記固体撮像素子は、基板上にハニカム状に配列される固体撮像装置が提供される。
In a preferred embodiment of the present invention,
A solid-state imaging device including a solid-state imaging device arranged on a substrate,
The solid-state imaging device is
A signal line formed on the substrate;
An island-shaped semiconductor disposed on the signal line;
A pixel selection line connected to the upper part of the island-shaped semiconductor,
The island-shaped semiconductor is
A first semiconductor layer disposed under the island-shaped semiconductor and connected to the signal line;
A second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
A gate connected to the second semiconductor layer via an insulating film;
The charge accumulating unit comprising a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer, the charge amount of which changes upon receiving light;
A fourth semiconductor layer that is adjacent to the upper side of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer and is connected to the pixel selection line,
The solid-state imaging device is provided with a solid-state imaging device arranged in a honeycomb shape on a substrate.

また、本発明の好ましい態様では、前記第1の半導体層はn+型拡散層であり、前記第2の半導体層はp型不純物添加領域であり、前記第3の半導体層はn型拡散層であり、前記第4の半導体層はp+型拡散層である。
前記p+型拡散層と、n型拡散層とは、光電変換用フォトダイオードとして機能し、
前記p+型拡散層と、n型拡散層と、p型不純物添加領域とは、増幅用トランジスタとして機能し、
前記第1の半導体層のn+型拡散層と、p型不純物添加領域と、n型拡散層とゲートとは、リセットトランジスタとして機能し、
前記p型不純物添加領域と、n+型拡散層とは、ダイオードとして機能する。
In a preferred aspect of the present invention, the first semiconductor layer is an n + -type diffusion layer, the second semiconductor layer is a p-type impurity doped region, and the third semiconductor layer is an n-type diffusion layer. The fourth semiconductor layer is a p + -type diffusion layer.
The p + -type diffusion layer and the n-type diffusion layer function as a photoelectric conversion photodiode,
The p + -type diffusion layer, the n-type diffusion layer, and the p-type impurity added region function as an amplifying transistor,
The n + -type diffusion layer, the p-type impurity doped region, the n-type diffusion layer and the gate of the first semiconductor layer function as a reset transistor,
The p-type impurity doped region and the n + -type diffusion layer function as a diode.

また、本発明の好ましい態様では、前記固体撮像素子において、前記島状半導体は円柱形状である。 In a preferred aspect of the present invention, in the solid-state imaging device, the island-shaped semiconductor has a cylindrical shape.

また、本発明の好ましい態様では、前記固体撮像素子において、前記島状半導体は六角柱形状である。 In a preferred aspect of the present invention, in the solid-state imaging device, the island-shaped semiconductor has a hexagonal column shape.

また、本発明の好ましい態様では、前記固体撮像装置において、前記固体撮像素子は、基板上にn行m列(n、mは1以上)として行列状に配列され、前記島状半導体は円柱形状である。 Further, in a preferred aspect of the present invention, in the solid-state imaging device, the solid-state imaging element is arranged in a matrix as n rows and m columns (n and m are 1 or more) on a substrate, and the island-shaped semiconductor is a cylindrical shape It is.

また、本発明の好ましい態様では、前記固体撮像装置において、前記固体撮像素子は、基板上にn行m列(n、mは1以上)として行列状に配列され、前記島状半導体は四角柱形状である。 Further, in a preferred aspect of the present invention, in the solid-state imaging device, the solid-state imaging elements are arranged in a matrix as n rows and m columns (n and m are 1 or more) on a substrate, and the island-shaped semiconductor is a square pillar Shape.

また、本発明の好ましい態様では、前記第1の半導体層はn+型拡散層であり、前記第2の半導体層はp型不純物添加領域であり、前記第3の半導体層はn型拡散層であり、前記第4の半導体層はp+型拡散層である。
前記p+型拡散層と、n型拡散層とは、光電変換用フォトダイオードとして機能し、
前記p+型拡散層と、n型拡散層と、p型不純物添加領域とは、増幅用トランジスタとして機能し、
前記第1の半導体層のn+型拡散層と、p型不純物添加領域と、n型拡散層とゲートとは、リセットトランジスタとして機能し、
前記p型不純物添加領域と、n+型拡散層とは、ダイオードとして機能する。
In a preferred aspect of the present invention, the first semiconductor layer is an n + -type diffusion layer, the second semiconductor layer is a p-type impurity doped region, and the third semiconductor layer is an n-type diffusion layer. The fourth semiconductor layer is a p + -type diffusion layer.
The p + -type diffusion layer and the n-type diffusion layer function as a photoelectric conversion photodiode,
The p + -type diffusion layer, the n-type diffusion layer, and the p-type impurity added region function as an amplifying transistor,
The n + -type diffusion layer, the p-type impurity doped region, the n-type diffusion layer and the gate of the first semiconductor layer function as a reset transistor,
The p-type impurity doped region and the n + -type diffusion layer function as a diode.

また、本発明の好ましい態様では、
固体撮像素子の製造方法であって、
基板上に信号線を形成する工程と、
前記信号線上の島状半導体を形成する工程と、
前記島状半導体下部の前記信号線に接続された第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層上に隣接する第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートを形成する工程と、
前記第2の半導体層に接続された第3の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接する第4の半導体層を形成する工程と、
前記第4の半導体層に接続する画素選択線を形成する工程と、
を含むことを特徴とする前記固体撮像素子の製造方法が提供される。
In a preferred embodiment of the present invention,
A method of manufacturing a solid-state imaging device,
Forming a signal line on the substrate;
Forming an island semiconductor on the signal line;
Forming a first semiconductor layer connected to the signal line under the island-shaped semiconductor;
Forming a second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
Forming a gate connected to an adjacent second semiconductor layer on the first semiconductor layer via an insulating film;
Forming a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer;
Forming a fourth semiconductor layer adjacent to an upper side of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer;
Forming a pixel selection line connected to the fourth semiconductor layer;
The method for manufacturing the solid-state imaging device is provided.

また、本発明の好ましい態様では、
固体撮像素子の製造方法であって、
酸化膜上に、p型シリコンを形成し、p型シリコン上に、窒化膜を堆積し、シリコン酸化膜堆積し、
レジストを形成し、酸化膜エッチングを行い、窒化膜エッチングを行い、レジストを剥離し、信号線を形成するための酸化膜マスクと窒化膜マスクを形成し、
p型シリコンをエッチングし、信号線を形成する工程と、
島状半導体を形成するためのレジストを形成し、
酸化膜、窒化膜をエッチングし、
レジストを剥離し、
p型シリコンをエッチングし、島状半導体を形成する工程と、
酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックを行い、
酸化を行い酸化膜を形成し、
イオン注入時のマスクとするため、ポリシリコンを堆積し、エッチバックし、サイドウォール状に残す工程と、
酸化膜を剥離しリンを注入する場所を露出し、
イオン注入時のイオンチャネリング防止のため酸化膜を形成し、
リンをイオン注入し、熱工程を行い、信号線とn+型拡散層を形成する工程と、
ポリシリコン、酸化膜を剥離し、
酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックし、酸化膜層を形成し、
ゲート酸化を行いゲート酸化膜を形成し、ポリシリコンを堆積し、平坦化を行い、エッチバックを行い、
ゲートのためのレジストを形成し、
ポリシリコンをエッチングし、ゲートを形成する工程と、
レジストを剥離し、
シリコン柱の側壁の薄い酸化膜を剥離し、イオン注入時のイオンチャネリング防止のため、シリコン柱側壁とゲートのポリシリコンを酸化し、酸化膜を形成し、
リンを注入し、n型拡散層を形成する工程と、
窒化膜を剥離し、
酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックし、酸化膜層を形成し、
イオン注入時のイオンチャネリング防止のため酸化し、酸化膜を形成し、
ボロンを注入し、熱工程を行い、p+型拡散層を形成する工程と、
酸化膜を剥離し、
金属を堆積し、平坦化し、エッチバックし、
画素選択線のためのレジストを形成し、
金属をエッチングし、画素選択線を形成する工程と、
をさらに含むことを特徴とする前記固体撮像素子の製造方法が提供される。
In a preferred embodiment of the present invention,
A method of manufacturing a solid-state imaging device,
P-type silicon is formed on the oxide film, a nitride film is deposited on the p-type silicon, a silicon oxide film is deposited,
Forming a resist, performing oxide film etching, performing nitride film etching, stripping the resist, forming an oxide film mask and a nitride film mask for forming a signal line;
etching p-type silicon to form a signal line;
Forming a resist to form an island-shaped semiconductor;
Etch oxide film, nitride film,
Strip the resist,
etching p-type silicon to form an island-shaped semiconductor;
Deposit oxide film, planarize, etch back,
Oxidize to form an oxide film,
In order to make a mask at the time of ion implantation, a process of depositing polysilicon, etching back, and leaving it in a sidewall shape;
Exfoliate the oxide film and expose the area where phosphorus is implanted,
An oxide film is formed to prevent ion channeling during ion implantation.
Implanting phosphorus, performing a thermal process, and forming a signal line and an n + -type diffusion layer;
Strip polysilicon and oxide film,
Deposit oxide, planarize, etch back, form oxide layer,
Perform gate oxidation to form a gate oxide film, deposit polysilicon, planarize, etch back,
Forming a resist for the gate,
Etching polysilicon to form a gate;
Strip the resist,
The thin oxide film on the side wall of the silicon pillar is peeled off, and in order to prevent ion channeling during ion implantation, the silicon pillar side wall and gate polysilicon are oxidized to form an oxide film.
Injecting phosphorus to form an n-type diffusion layer;
Strip the nitride film,
Deposit oxide, planarize, etch back, form oxide layer,
Oxidize to prevent ion channeling during ion implantation, form an oxide film,
Injecting boron and performing a thermal process to form a p + -type diffusion layer;
Strip the oxide film,
Deposit metal, planarize, etch back,
Forming a resist for the pixel selection line;
Etching the metal to form pixel selection lines;
The method for manufacturing the solid-state imaging device is further provided.

また、本発明の好ましい態様では、前記第2の半導体層の一部は円柱形状であり、前記ゲートは、前記絶縁膜を介して、前記第2の半導体層の一部の外周を取り囲む。
前記第2の半導体層の他の一部は円柱形状であり、前記第3の半導体層は、前記第2の半導体層の前記他の一部の外周を取り囲む。
In a preferred aspect of the present invention, a part of the second semiconductor layer has a cylindrical shape, and the gate surrounds an outer periphery of a part of the second semiconductor layer through the insulating film.
The other part of the second semiconductor layer has a cylindrical shape, and the third semiconductor layer surrounds the outer periphery of the other part of the second semiconductor layer.

従来のCMOSイメージセンサの単位画素は、フォトダイオードの他に、3個のMOSトランジスタ、計4素子を平面に持つ。すなわち、1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合を大きくすることは難しい。0.15μm wiring-ruleプロセスを用いたとき、1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合は30%であると、報告されている。
本発明では、
ゲートとソースが光電変換用フォトダイオードとして機能し、ゲートが電荷蓄積部として機能し、電荷蓄積部の電荷を増幅する接合トランジスタからなる増幅用トランジスタと、
増幅用トランジスタのゲートにソースが接続され、電荷蓄積部をリセットするMOSトランジスタからなるリセットトランジスタと、
増幅用トランジスタのドレインに陽極が接続され、リセットトランジスタのドレインに陰極が接続されたダイオードと、
増幅用トランジスタのソースに接続された画素選択線と、
ダイオードの陰極に接続された信号線と、
で構成された固体撮像素子である。
すなわち、光電変換部と増幅部と画素選択部及びリセット部を、接合トランジスタからなる増幅用トランジスタと、MOSトランジスタからなるリセットトランジスタと、ダイオード、計3素子で構成するため、1画素中の素子数を減らすことができる。
A unit pixel of a conventional CMOS image sensor has three MOS transistors, a total of four elements, in addition to a photodiode. That is, it is difficult to increase the ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel. When a 0.15 μm wiring-rule process is used, the ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel is reported to be 30%.
In the present invention,
An amplifying transistor comprising a junction transistor in which a gate and a source function as a photoelectric conversion photodiode, a gate functions as a charge storage unit, and amplifies the charge in the charge storage unit;
A reset transistor composed of a MOS transistor having a source connected to the gate of the amplifying transistor and resetting the charge storage unit;
A diode having an anode connected to the drain of the amplifying transistor and a cathode connected to the drain of the reset transistor;
A pixel selection line connected to the source of the amplifying transistor;
A signal line connected to the cathode of the diode;
It is a solid-state image sensor comprised by these.
That is, since the photoelectric conversion unit, the amplification unit, the pixel selection unit, and the reset unit are configured by a total of three elements, that is, an amplifying transistor composed of a junction transistor, a reset transistor composed of a MOS transistor, and a diode, the number of elements in one pixel Can be reduced.

また、本発明では、
基板上に形成された信号線と、
前記信号線の上に配置される島状半導体と、
前記島状半導体の上部に接続された画素選択線とを含む固体撮像素子であって、
前記島状半導体は、
前記島状半導体の下部に配置され、前記信号線に接続された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートと、
前記第2の半導体層に接続された、受光すると電荷量が変化する第3の半導体層からなる前記電荷蓄積部と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接し、前記画素選択線に接続された第4の半導体層とを備えた固体撮像素子が提供される。
前記第3の半導体層と前記第4の半導体層は、光電変換用フォトダイオードとして機能し、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層と前記第4の半導体層とは、増幅用トランジスタとして機能し、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層と前記第3の半導体層と前記ゲートとはリセットトランジスタとして機能する。
これにより、光電変換部と増幅部と画素選択部及びリセット部をフォトダイオードの面積で実現するため、1画素の表面積に対する受光部の表面積の割合が大きいイメージセンサを可能とする。
In the present invention,
A signal line formed on the substrate;
An island-shaped semiconductor disposed on the signal line;
A solid-state imaging device including a pixel selection line connected to an upper portion of the island-shaped semiconductor,
The island-shaped semiconductor is
A first semiconductor layer disposed under the island-shaped semiconductor and connected to the signal line;
A second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
A gate connected to the second semiconductor layer via an insulating film;
The charge accumulating unit comprising a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer, the charge amount of which changes upon receiving light;
There is provided a solid-state imaging device including the second semiconductor layer and a fourth semiconductor layer adjacent to the upper side of the third semiconductor layer and connected to the pixel selection line.
The third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer function as a photoelectric conversion photodiode,
The second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer function as an amplifying transistor,
The first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the gate function as a reset transistor.
Accordingly, since the photoelectric conversion unit, the amplification unit, the pixel selection unit, and the reset unit are realized by the area of the photodiode, an image sensor in which the ratio of the surface area of the light receiving unit to the surface area of one pixel is made possible.

また、固体撮像装置において、前記固体撮像素子をハニカム状に配置することにより、1画素の表面積に対する受光部の表面積の割合が大きいイメージセンサを可能とする。 Further, in the solid-state imaging device, by arranging the solid-state imaging elements in a honeycomb shape, an image sensor in which the ratio of the surface area of the light receiving unit to the surface area of one pixel is made possible.

従来のCMOSイメージセンサの単位画素。A unit pixel of a conventional CMOS image sensor. この発明に係る固体撮像素子の等価回路。2 is an equivalent circuit of the solid-state imaging device according to the present invention. この発明に係る固体撮像素子の駆動方法。The solid-state image sensor driving method according to the present invention. この発明に係る固体撮像素子の駆動方法。The solid-state image sensor driving method according to the present invention. この発明に係る固体撮像素子の駆動方法。The solid-state image sensor driving method according to the present invention. この発明に係る固体撮像素子の駆動方法。The solid-state image sensor driving method according to the present invention. この発明に係る固体撮像素子1個の鳥瞰図。The bird's-eye view of one solid-state image sensor concerning this invention. 図6のX1−X1’断面図。X 1 -X 1 'sectional view of FIG. 図7(a)の等価回路図。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of FIG. 図6のY1−Y1’断面図。Y 1 -Y 1 'sectional view of FIG. 図8(a)の等価回路図。FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of FIG. この発明に係る固体撮像素子を、ハニカム状に配置した固体撮像素子の平面図。The top view of the solid-state image sensor which has arranged the solid-state image sensor concerning this invention in honeycomb form. 鳥瞰図。Bird's eye view. 図10のZ1−Z1’断面図。FIG. 11 is a sectional view taken along line Z 1 -Z 1 ′ in FIG. 10. 図10のZ2−Z2’断面図。FIG. 11 is a sectional view taken along line Z 2 -Z 2 ′ in FIG. 10. 図10のZ3−Z3’断面図。FIG. 11 is a Z 3 -Z 3 ′ cross-sectional view of FIG. 10. 図10のZ4−Z4’断面図。FIG. 11 is a sectional view taken along line Z 4 -Z 4 ′ of FIG. 10. 図10のZ5−Z5’断面図。FIG. 11 is a sectional view taken along line Z 5 -Z 5 ′ in FIG. 10. 図9のX2−X2’断面図。X 2 -X 2 'sectional view of FIG. 図9のY2−Y2’断面図。Y 2 -Y 2 'sectional view of FIG. この発明に係わる他の実施例を示す鳥瞰図。The bird's-eye view which shows the other Example concerning this invention. この発明に係わる他の実施例を示す鳥瞰図。The bird's-eye view which shows the other Example concerning this invention. この発明に係わる他の実施例を示す鳥瞰図。The bird's-eye view which shows the other Example concerning this invention. この発明に係る固体撮像素子の製造例を示すTOP View。TOP View showing a manufacturing example of a solid-state imaging device according to the present invention. この発明に係る固体撮像素子の製造例を示すX3−X3’断面工程図。X 3 -X 3 'cross-sectional process drawing showing the manufacture example of the solid-state imaging device according to the present invention. この発明に係る固体撮像素子の製造例を示すY3−Y3’断面工程図。Y 3 -Y 3 'cross-sectional process drawing showing the manufacture example of the solid-state imaging device according to the present invention. この発明に係る固体撮像素子の製造例を示すTOP View。TOP View showing a manufacturing example of a solid-state imaging device according to the present invention. この発明に係る固体撮像素子の製造例を示すX3−X3’断面工程図。X 3 -X 3 'cross-sectional process drawing showing the manufacture example of the solid-state imaging device according to the present invention. この発明に係る固体撮像素子の製造例を示すY3−Y3’断面工程図。Y 3 -Y 3 'cross-sectional process drawing showing the manufacture example of the solid-state imaging device according to the present invention. この発明に係る固体撮像素子の製造例を示すTOP View。TOP View showing a manufacturing example of a solid-state imaging device according to the present invention. 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この発明に係る固体撮像素子の製造例を示すX3−X3’断面工程図。X 3 -X 3 'cross-sectional process drawing showing the manufacture example of the solid-state imaging device according to the present invention. この発明に係る固体撮像素子の製造例を示すY3−Y3’断面工程図。Y 3 -Y 3 'cross-sectional process drawing showing the manufacture example of the solid-state imaging device according to the present invention. この発明に係る固体撮像素子の製造例を示すTOP View。TOP View showing a manufacturing example of a solid-state imaging device according to the present invention. この発明に係る固体撮像素子の製造例を示すX3−X3’断面工程図。X 3 -X 3 'cross-sectional process drawing showing the manufacture example of the solid-state imaging device according to the present invention. この発明に係る固体撮像素子の製造例を示すY3−Y3’断面工程図。Y 3 -Y 3 'cross-sectional process drawing showing the manufacture example of the solid-state imaging device according to the present invention. この発明に係わる他の実施例を示す鳥瞰図。The bird's-eye view which shows the other Example concerning this invention. 図81のX4−X4’断面図。FIG. 82 is a sectional view taken along the line X 4 -X 4 ′ in FIG. 81. 図82(a)の等価回路図。FIG. 82 is an equivalent circuit diagram of FIG. 図81のY4−Y4’断面図。FIG. 82 is a sectional view taken along line Y 4 -Y 4 ′ of FIG. 81. 図83(a)の等価回路図。FIG. 83 is an equivalent circuit diagram of FIG. この発明に係わる他の実施例を示す鳥瞰図。The bird's-eye view which shows the other Example concerning this invention. 図84のX5−X5’断面図。FIG. 84 is a sectional view taken along the line X 5 -X 5 ′ in FIG. 84. 図85(a)の等価回路図。85 is an equivalent circuit diagram of FIG. 図84のY5−Y5’断面図。FIG. 84 is a sectional view taken along line Y 5 -Y 5 ′ in FIG. 84. 図86(a)の等価回路図。FIG. 86 is an equivalent circuit diagram of FIG. 円柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサを行列状に配置した平面図。The top view which has arrange | positioned the image sensor of this invention with a column-shaped island-shaped semiconductor in matrix form. 一画素を拡大した平面図。The top view which expanded one pixel. 四角柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサを行列状に配置した平面図。The top view which has arrange | positioned the image sensor of this invention with a quadrangular prism-shaped island-shaped semiconductor in matrix form. 一画素を拡大した平面図。The top view which expanded one pixel. 円柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサをハニカム状に配置した平面図。The top view which has arrange | positioned the image sensor of this invention which has a column-shaped island-shaped semiconductor in honeycomb form. 一画素を拡大した平面図。The top view which expanded one pixel. 六角柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサをハニカム状に配置した平面図。The top view which has arrange | positioned the image sensor of this invention which has a hexagonal column-shaped island-shaped semiconductor in honeycomb form. 一画素を拡大した平面図。The top view which expanded one pixel.

以下、図面に示す実施形態に基づいてこの発明を記述する。なお、この発明は、これによって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings. The present invention is not limited to this.

この発明に係る固体撮像素子の等価回路を図2に示す。この発明に係る固体撮像素子は、フォトダイオード401と電荷蓄積部402と増幅用トランジスタ403とゲート(リセット線)406とリセットトランジスタ405とダイオード409と画素選択線404と信号線407からなる。
すなわち、光電変換部と増幅部と画素選択部及びリセット部を、接合トランジスタからなる増幅用トランジスタと、MOSトランジスタからなるリセットトランジスタと、ダイオード、計3素子で構成するため、従来のCMOSイメージセンサより1画素中の素子数を減らすことができる。
An equivalent circuit of the solid-state imaging device according to the present invention is shown in FIG. The solid-state imaging device according to the present invention includes a photodiode 401, a charge storage unit 402, an amplifying transistor 403, a gate (reset line) 406, a reset transistor 405, a diode 409, a pixel selection line 404, and a signal line 407.
That is, the photoelectric conversion unit, the amplification unit, the pixel selection unit, and the reset unit are configured by a total of three elements, that is, an amplifying transistor composed of a junction transistor, a reset transistor composed of a MOS transistor, and a diode. The number of elements in one pixel can be reduced.

この発明に係る固体撮像素子の駆動方法を図3、図4、図5(a)、図5(b)に示す。
はじめに、画素選択線404に0Vを印加し、信号線407に信号線電圧VH例えば1Vを印加し、ゲート(リセット線)406にVH+Vthを印加することにより、電荷蓄積部402をVHとしリセットを行う(図3)。ただし、Vthはリセットトランジスタのしきい値電圧であり、例えば0.5Vである。
The solid-state imaging device driving method according to the present invention is shown in FIGS. 3, 4, 5A, and 5B.
First, 0V is applied to the pixel selection line 404, a signal line voltage V H for example 1V is applied to the signal line 407, by applying a V H + Vth to the gate (reset line) 406, a charge storage section 402 V H And reset (FIG. 3). However, Vth is a threshold voltage of the reset transistor, for example, 0.5V.

次に、画素選択線404に0V、ゲート(リセット線)406に0Vを印加し、信号線407に0Vを印加することにより、フォトダイオード401に入射した光信号を電荷に変換し、変換された信号電荷を電荷蓄積部402に蓄積する。すなわち、光が入射すると、電荷蓄積部402の電圧は低下する(図4)。 Next, 0 V is applied to the pixel selection line 404, 0 V is applied to the gate (reset line) 406, and 0 V is applied to the signal line 407, whereby the optical signal incident on the photodiode 401 is converted into an electric charge. The signal charge is accumulated in the charge accumulation unit 402. That is, when light enters, the voltage of the charge storage unit 402 decreases (FIG. 4).

次に、画素選択線404にVH例えば1V、ゲート(リセット線)406に0V、信号線407に0Vを印加することにより、電荷蓄積部402に蓄積した電荷が増幅され、読み出し電流Iread408が流れ、電流Iread408がダイオード409を流れ、読み出される。光が強い程、電荷蓄積部402の電圧は低下し、電流は流れる(図5(a))。また、フォトダイオードに光が入射しなかった場合、電荷蓄積部402の電圧は、VH例えば1Vであり、電流は流れない(図5(b))。
以上の駆動方法により、フォトダイオードからなる光電変換部で生成された電荷を蓄積し、蓄積した電荷を増幅部にて増幅し、画素選択部を用いて増幅した電荷を読み出すことができる。
Next, by applying V H, for example, 1 V to the pixel selection line 404, 0 V to the gate (reset line) 406, and 0 V to the signal line 407, the charge accumulated in the charge accumulation unit 402 is amplified and the read current Iread 408 flows. The current Iread 408 flows through the diode 409 and is read out. The stronger the light, the lower the voltage of the charge storage unit 402 and the current flows (FIG. 5 (a)). When light is not incident on the photodiode, the voltage of the charge storage unit 402 is V H, for example, 1 V, and no current flows (FIG. 5B).
With the above driving method, it is possible to accumulate the charge generated by the photoelectric conversion unit made of a photodiode, amplify the accumulated charge by the amplification unit, and read the amplified charge using the pixel selection unit.

この発明に係る固体撮像素子1個の鳥瞰図を図6に示す。また、図7(a)は、図6のX1−X1’断面図であり、図7(b)は図7(a)の等価回路図であり、図8(a)は、図6のY1−Y1’断面図であり、図8(b)は図8(a)の等価回路図である。
本発明では、
シリコン基板160上に、酸化膜161が形成され、酸化膜161上に信号線154が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層153と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域152と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート155と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部151と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層150と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線156が形成される。
層間絶縁膜として、酸化膜157が形成される。
p+型拡散層150と、n型拡散層151とは、光電変換用フォトダイオード164として機能し、
p+型拡散層150と、n型拡散層151と、p型不純物添加領域152とは、増幅用トランジスタ165として機能し、
n+型拡散層153と、p型不純物添加領域152と、n型拡散層151とゲート155とは、リセットトランジスタ163として機能し、
p型不純物添加領域152と、n+型拡散層153とは、ダイオード162として機能する。
A bird's-eye view of one solid-state imaging device according to the present invention is shown in FIG. 7A is a sectional view taken along the line X 1 -X 1 ′ in FIG. 6, FIG. 7B is an equivalent circuit diagram of FIG. 7A, and FIG. a of Y 1 -Y 1 'sectional view, and FIG. 8 (b) is an equivalent circuit diagram of FIG. 8 (a).
In the present invention,
An oxide film 161 is formed on the silicon substrate 160, and a signal line 154 is formed on the oxide film 161.
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -type diffusion layer 153 connected to the signal line under the island-shaped semiconductor;
A p-type impurity doped region 152 adjacent to the upper side of the n + -type diffusion layer;
A gate 155 connected to the p-type impurity doped region via an insulating film;
A charge accumulating portion 151 formed of an n-type diffusion layer connected to the p-type impurity doped region and having a charge amount that changes upon receiving light;
A p + -type diffusion layer 150 adjacent to the p-type impurity doped region and the n-type diffusion layer;
A pixel selection line 156 connected to the p + type diffusion layer on the island-like semiconductor is formed.
An oxide film 157 is formed as an interlayer insulating film.
The p + -type diffusion layer 150 and the n-type diffusion layer 151 function as a photoelectric conversion photodiode 164.
The p + -type diffusion layer 150, the n-type diffusion layer 151, and the p-type impurity added region 152 function as an amplifying transistor 165,
The n + -type diffusion layer 153, the p-type impurity added region 152, the n-type diffusion layer 151, and the gate 155 function as the reset transistor 163,
The p-type impurity doped region 152 and the n + -type diffusion layer 153 function as the diode 162.

また、上記固体撮像素子を、ハニカム状に配置した固体撮像素子行列(固体撮像装置)の平面図を図9に示す。また、図10は鳥瞰図である。図11は図10のZ1−Z1’断面図であり、図12は図10のZ2−Z2’断面図であり、図13は図10のZ3−Z3’断面図であり、図14は図10のZ4−Z4’断面図である。図15は図10のZ5−Z5’断面図である。
図10に示される例では、固体撮像素子行列(固体撮像装置)は、シリコン基板上に、
p+型拡散層201,202,203を有する固体撮像素子を所定間隔(垂直画素ピッチVP)で垂直方向に配列した第1の固体撮像素子列と、
p+型拡散層204,205,206を有する固体撮像素子を第1の固体撮像素子列と同じ間隔で垂直方向に配列し、且つ第1の固体撮像素子列に対して垂直方向に垂直画素ピッチVPに対して1/2ずらして配置された第2の固体撮像素子列と、
p+型拡散層207,208,209を有する固体撮像素子を第1の固体撮像素子列と同じ間隔で垂直方向に配列した第3の固体撮像素子列と、
で構成された素子列を水平方向に複数並べて構成されている。
FIG. 9 shows a plan view of a solid-state imaging element matrix (solid-state imaging device) in which the solid-state imaging elements are arranged in a honeycomb shape. FIG. 10 is a bird's-eye view. 11 is a sectional view taken along the line Z 1 -Z 1 ′ in FIG. 10, FIG. 12 is a sectional view taken along the line Z 2 -Z 2 ′ in FIG. 10, and FIG. 13 is a sectional view taken along the line Z 3 -Z 3 ′ in FIG. 14 is a sectional view taken along the line Z 4 -Z 4 ′ of FIG. 15 is a sectional view taken along the line Z 5 -Z 5 ′ of FIG.
In the example shown in FIG. 10, the solid-state imaging element matrix (solid-state imaging device) is on a silicon substrate.
a first solid-state imaging device array in which solid-state imaging devices having p + -type diffusion layers 201, 202, 203 are arranged in a vertical direction at a predetermined interval (vertical pixel pitch VP);
Solid-state image sensors having p + -type diffusion layers 204, 205, and 206 are arranged in the vertical direction at the same interval as the first solid-state image sensor array, and the vertical pixel pitch is perpendicular to the first solid-state image sensor array. A second solid-state image sensor array arranged with a ½ shift with respect to VP;
a third solid-state image sensor array in which solid-state image sensors having p + -type diffusion layers 207, 208, and 209 are arranged in the vertical direction at the same interval as the first solid-state image sensor array;
A plurality of element arrays configured in the above are arranged in the horizontal direction.

隣り合う第1の固体撮像素子列及び隣り合う第2の固体撮像素子列及び第3の固体撮像素子列は、垂直画素ピッチを√3/2倍した間隔(水平画素ピッチHP)で配置される。
即ち、固体撮像素子は、いわゆるハニカム状に配列されている。
The adjacent first solid-state image sensor array, the adjacent second solid-state image sensor array, and the third solid-state image sensor array are arranged at an interval (horizontal pixel pitch HP) obtained by multiplying the vertical pixel pitch by √3 / 2. .
That is, the solid-state imaging elements are arranged in a so-called honeycomb shape.

第1の固体撮像素子列のp+型拡散層201,202,203は、画素選択線210に接続される。
第2の固体撮像素子列のp+型拡散層204,205,206は、画素選択線211に接続される。
第3の固体撮像素子列のp+型拡散層207,208,209は、画素選択線212に接続される。
The p + -type diffusion layers 201, 202, and 203 of the first solid-state imaging element array are connected to the pixel selection line 210.
The p + -type diffusion layers 204, 205, and 206 of the second solid-state imaging element array are connected to the pixel selection line 211.
The p + -type diffusion layers 207, 208, and 209 of the third solid-state imaging element array are connected to the pixel selection line 212.

第1の固体撮像素子列のp型不純物添加領域222,223,224は、絶縁膜を介してゲート231に接続される。
第2の固体撮像素子列のp型不純物添加領域225,226,227は、絶縁膜を介してゲート232に接続される。
第3の固体撮像素子列のp型不純物添加領域228,229,230は、絶縁膜を介してゲート233に接続される。
The p-type impurity doped regions 222, 223, and 224 of the first solid-state imaging device array are connected to the gate 231 through an insulating film.
The p-type impurity doped regions 225, 226, and 227 of the second solid-state imaging element array are connected to the gate 232 through an insulating film.
The p-type impurity doped regions 228, 229, and 230 of the third solid-state imaging device array are connected to the gate 233 through an insulating film.

第1の固体撮像素子列のp型不純物添加領域222,223,224は、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部213,214,215に接続される。
第2の固体撮像素子列のp型不純物添加領域225,226,227は、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部216,217,218に接続される。
第3の固体撮像素子列のp型不純物添加領域228,229,230は、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部219,220,221に接続される。
The p-type impurity addition regions 222, 223, and 224 of the first solid-state imaging device array are connected to charge storage portions 213, 214, and 215 that are n-type diffusion layers that change the amount of charge when receiving light.
The p-type impurity addition regions 225, 226, and 227 of the second solid-state imaging device array are connected to charge storage portions 216, 217, and 218 made of n-type diffusion layers that change the amount of charge when receiving light.
The p-type impurity addition regions 228, 229, and 230 of the third solid-state imaging device array are connected to charge storage portions 219, 220, and 221 each including an n-type diffusion layer that changes the amount of charge when receiving light.

p+型拡散層201,204,207を有する固体撮像素子のn+型拡散層234,237,240は、信号線243に接続される。
p+型拡散層202,205,208を有する固体撮像素子のn+型拡散層235,238,241は、信号線244に接続される。
p+型拡散層203,206,209を有する固体撮像素子のn+型拡散層236,239,242は、信号線245に接続される。
The n + type diffusion layers 234, 237, and 240 of the solid-state imaging device having the p + type diffusion layers 201, 204, and 207 are connected to the signal line 243.
The n + type diffusion layers 235, 238, and 241 of the solid-state imaging device having the p + type diffusion layers 202, 205, and 208 are connected to the signal line 244.
The n + type diffusion layers 236, 239, and 242 of the solid-state imaging device having the p + type diffusion layers 203, 206, and 209 are connected to the signal line 245.

また、図16は図9のX2−X2’断面図であり、図17は図9のY2−Y2’断面図である。 16 is a cross-sectional view taken along line X 2 -X 2 ′ in FIG. 9, and FIG. 17 is a cross-sectional view taken along line Y 2 -Y 2 ′ in FIG. 9.

シリコン基板250上に、酸化膜251が形成され、酸化膜251上に信号線245が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層236と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域224と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート231と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部215と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層203と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線210が形成され、
シリコン基板250上に、酸化膜251が形成され、酸化膜251上に信号線245が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層242と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域230と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート233と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部221と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層209と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線212が形成される。
画素選択線210,212の間には、画素選択線211が配線される。
ゲート231,233の間には、ゲート232が配線される。
層間絶縁膜として、酸化膜246が形成される。
An oxide film 251 is formed on the silicon substrate 250, and a signal line 245 is formed on the oxide film 251.
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -type diffusion layer 236 connected to the signal line below the island-shaped semiconductor;
A p-type impurity doped region 224 adjacent to the upper side of the n + -type diffusion layer;
A gate 231 connected to the p-type impurity doped region via an insulating film;
A charge storage unit 215 that is connected to the p-type impurity-added region and includes an n-type diffusion layer that changes its charge amount when receiving light;
A p + -type diffusion layer 203 adjacent to the p-type impurity doped region and the n-type diffusion layer;
A pixel selection line 210 connected to the p + -type diffusion layer on the island-shaped semiconductor is formed,
An oxide film 251 is formed on the silicon substrate 250, and a signal line 245 is formed on the oxide film 251.
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -type diffusion layer 242 connected to the signal line below the island-shaped semiconductor;
A p-type impurity doped region 230 adjacent to the upper side of the n + -type diffusion layer;
A gate 233 connected to the p-type impurity doped region via an insulating film;
A charge storage unit 221 that is connected to the p-type impurity-added region and includes an n-type diffusion layer that changes its charge amount when receiving light;
A p + -type diffusion layer 209 adjacent to the p-type impurity doped region and the n-type diffusion layer;
A pixel selection line 212 connected to the p + -type diffusion layer on the island-like semiconductor is formed.
A pixel selection line 211 is wired between the pixel selection lines 210 and 212.
A gate 232 is wired between the gates 231 and 233.
An oxide film 246 is formed as an interlayer insulating film.

また、シリコン基板250上に、酸化膜251が形成され、酸化膜251上に信号線245が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層242と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域230と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート233と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部221と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層209と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線212が形成される。
シリコン基板250上に、酸化膜251が形成され、酸化膜251上に信号線244が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層241と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域229と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート233と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部220と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層208と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線212が形成される。
シリコン基板250上に、酸化膜251が形成され、酸化膜251上に信号線243が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層240と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域228と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート233と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部219と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層207と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線212が形成される。
層間絶縁膜として、酸化膜246が形成される。
In addition, an oxide film 251 is formed on the silicon substrate 250, and a signal line 245 is formed on the oxide film 251.
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -type diffusion layer 242 connected to the signal line below the island-shaped semiconductor;
A p-type impurity doped region 230 adjacent to the upper side of the n + -type diffusion layer;
A gate 233 connected to the p-type impurity doped region via an insulating film;
A charge storage unit 221 that is connected to the p-type impurity-added region and includes an n-type diffusion layer that changes its charge amount when receiving light;
A p + -type diffusion layer 209 adjacent to the p-type impurity doped region and the n-type diffusion layer;
A pixel selection line 212 connected to the p + -type diffusion layer on the island-like semiconductor is formed.
An oxide film 251 is formed on the silicon substrate 250, and a signal line 244 is formed on the oxide film 251.
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -type diffusion layer 241 connected to the signal line below the island-shaped semiconductor;
A p-type impurity doped region 229 adjacent to the upper side of the n + -type diffusion layer;
A gate 233 connected to the p-type impurity doped region via an insulating film;
A charge accumulating unit 220 formed of an n-type diffusion layer connected to the p-type impurity-added region and changing a charge amount when receiving light;
A p + -type diffusion layer 208 adjacent to the p-type impurity doped region and the n-type diffusion layer;
A pixel selection line 212 connected to the p + -type diffusion layer on the island-like semiconductor is formed.
An oxide film 251 is formed on the silicon substrate 250, and a signal line 243 is formed on the oxide film 251.
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -type diffusion layer 240 connected to the signal line below the island-shaped semiconductor;
A p-type impurity doped region 228 adjacent to the upper side of the n + -type diffusion layer;
A gate 233 connected to the p-type impurity doped region via an insulating film;
A charge accumulating unit 219 connected to the p-type impurity doped region and made of an n-type diffusion layer whose charge amount changes upon receiving light;
A p + -type diffusion layer 207 adjacent to the p-type impurity doped region and the n-type diffusion layer;
A pixel selection line 212 connected to the p + -type diffusion layer on the island-like semiconductor is formed.
An oxide film 246 is formed as an interlayer insulating film.

また、実施例では、島状半導体は円柱形状である固体撮像素子を用いたが、
図18に示すように、島状半導体820は六角柱形状である固体撮像素子でもよい。
In the example, the island-shaped semiconductor used a solid-state imaging device having a cylindrical shape.
As shown in FIG. 18, the island-shaped semiconductor 820 may be a solid-state imaging device having a hexagonal column shape.

また、実施例では、島状半導体が円柱形状である、隣り合う第1の固体撮像素子列及び隣り合う第2の固体撮像素子列及び第3の固体撮像素子列は、垂直画素ピッチを√3/2倍した間隔(水平画素ピッチHP)で配置され、即ち、固体撮像素子は、いわゆるハニカム状に配列されている構造の固体撮像素子列を示したが、
図19に示すように、島状半導体821、822、823、824、825、826、827、828、829が円柱形状である、前記固体撮像素子をn行m列(n、mは1以上)基板に対して配列した固体撮像素子行列(固体撮像装置)としてもよい。
Further, in the embodiment, the adjacent first solid-state image pickup element array, the adjacent second solid-state image pickup element array, and the third solid-state image pickup element array in which the island-shaped semiconductor has a cylindrical shape have a vertical pixel pitch of √3. / Although the solid-state image pickup device is arranged at a doubled interval (horizontal pixel pitch HP), that is, the solid-state image pickup device has a structure arranged in a so-called honeycomb shape,
As shown in FIG. 19, island-shaped semiconductors 821, 822, 823, 824, 825, 826, 827, 828, and 829 are cylindrical, and the solid-state imaging device is arranged in n rows and m columns (n and m are 1 or more). It is good also as a solid-state image sensor matrix (solid-state imaging device) arranged with respect to a substrate.

また、実施例では、島状半導体が円柱形状である、隣り合う第1の固体撮像素子列及び隣り合う第2の固体撮像素子列及び第3の固体撮像素子列は、垂直画素ピッチを√3/2倍した間隔(水平画素ピッチHP)で配置され、即ち、固体撮像素子は、いわゆるハニカム状に配列されている構造の固体撮像素子列を示したが、
図20に示すように、島状半導体830、831、832、833、834、835、836、837、838が四角柱形状である、前記固体撮像素子をn行m列(n、mは1以上)基板に対して配列した固体撮像素子行列(固体撮像装置)としてもよい。
このように、固体撮像素子の形状は、円柱、六角柱、又は四角柱であってもよい。さらには、固体撮像素子の形状は、辺の数が5以上の多角柱であってもよい。また、固体撮像素子の基板上での配列は、島状半導体層の柱形状に応じて、ハニカム状であってもよいし、行列状であってもよい。重要なのは、固体撮像素子を基板上に配列したときの密度がより高くなるように、固体撮像素子が有する柱形状に対応させて基板上に固体撮像素子を配列することである。、固体撮像素子が有する柱形状に対応させて基板上に固体撮像素子を配列することにより、固体撮像素子行列(固体撮像装置)の1画素の表面積に対する固体撮像素子の受光部の表面積の割合を高めることができる。
Further, in the embodiment, the adjacent first solid-state image pickup element array, the adjacent second solid-state image pickup element array, and the third solid-state image pickup element array in which the island-shaped semiconductor has a cylindrical shape have a vertical pixel pitch of √3. / Although the solid-state image pickup device is arranged at a doubled interval (horizontal pixel pitch HP), that is, the solid-state image pickup device has a structure arranged in a so-called honeycomb shape,
As shown in FIG. 20, the island-shaped semiconductors 830, 831, 832, 833, 834, 835, 836, 837, and 838 have a quadrangular prism shape, and the solid-state imaging device has n rows and m columns (n and m are 1 or more). It is good also as a solid-state image sensor matrix (solid-state imaging device) arranged with respect to a substrate.
Thus, the shape of the solid-state imaging device may be a cylinder, a hexagonal column, or a quadrangular column. Furthermore, the shape of the solid-state imaging device may be a polygonal column having five or more sides. In addition, the arrangement of the solid-state imaging device on the substrate may be a honeycomb shape or a matrix shape depending on the column shape of the island-shaped semiconductor layer. What is important is that the solid-state imaging elements are arranged on the substrate in correspondence with the column shape of the solid-state imaging element so that the density when the solid-state imaging elements are arranged on the substrate is higher. The ratio of the surface area of the light receiving portion of the solid-state image sensor to the surface area of one pixel of the solid-state image sensor matrix (solid-state image pickup device) is obtained by arranging the solid-state image sensors on the substrate in correspondence with the column shape of the solid-state image sensor. Can be increased.

以下に、この発明に係る固体撮像素子の構造を形成するための製造工程の一例を図21〜図80を参照して説明する。 Hereinafter, an example of a manufacturing process for forming the structure of the solid-state imaging device according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図21、23、25、27、29、31、33、35、37、39、41、43、45、47、49、51、53、55、57、59、61、63、65、67、69、71、73、75、77、79は、TOP Viewである。
図22(a)、24(a)、26(a)、28(a)、30(a)、32(a)、34(a)、36(a)、38(a)、40(a)、42(a)、44(a)、46(a)、48(a)、50(a)、52(a)、54(a)、56(a)、58(a)、60(a)、62(a)、64(a)、66(a)、68(a)、70(a)、72(a)、74(a)、76(a)、78(a)、80(a)は、TOP ViewのX3−X3’断面に対応する。
図22(b)、24(b)、26(b)、28(b)、30(b)、32(b)、34(b)、36(b)、38(b)、40(b)、42(b)、44(b)、46(b)、48(b)、50(b)、52(b)、54(b)、56(b)、58(b)、60(b)、62(b)、64(b)、66(b)、68(b)、70(b)、72(b)、74(b)、76(b)、78(b)、80(b)は、TOP ViewのY3−Y3’断面に対応する。
はじめに、シリコン基板250上に、酸化膜251が形成され、酸化膜251上に、p型シリコン501が形成され、p型シリコン501上に、窒化膜(SiN)502を堆積し、シリコン酸化膜503を堆積する(図21、22(a)、(b))。
21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69 , 71, 73, 75, 77, 79 are TOP Views.
22 (a), 24 (a), 26 (a), 28 (a), 30 (a), 32 (a), 34 (a), 36 (a), 38 (a), 40 (a) , 42 (a), 44 (a), 46 (a), 48 (a), 50 (a), 52 (a), 54 (a), 56 (a), 58 (a), 60 (a) 62 (a), 64 (a), 66 (a), 68 (a), 70 (a), 72 (a), 74 (a), 76 (a), 78 (a), 80 (a) Corresponds to the X 3 -X 3 ′ section of TOP View.
22 (b), 24 (b), 26 (b), 28 (b), 30 (b), 32 (b), 34 (b), 36 (b), 38 (b), 40 (b) 42 (b), 44 (b), 46 (b), 48 (b), 50 (b), 52 (b), 54 (b), 56 (b), 58 (b), 60 (b) 62 (b), 64 (b), 66 (b), 68 (b), 70 (b), 72 (b), 74 (b), 76 (b), 78 (b), 80 (b) Corresponds to the Y 3 -Y 3 ′ section of TOP View.
First, an oxide film 251 is formed on a silicon substrate 250, p-type silicon 501 is formed on the oxide film 251, and a nitride film (SiN) 502 is deposited on the p-type silicon 501 to form a silicon oxide film 503. (FIGS. 21, 22 (a) and (b)).

レジストを形成し、酸化膜エッチングを行い、窒化膜エッチングを行い、レジストを剥離し、窒化膜マスク580、581、582、酸化膜マスク504、505、506を形成する(図23、24(a)、(b))。 A resist is formed, oxide film etching is performed, nitride film etching is performed, and the resist is peeled off to form nitride film masks 580, 581 and 582, and oxide film masks 504, 505 and 506 (FIGS. 23 and 24A). (B)).

p型シリコンをエッチングし、信号線243、244、245を形成する(図25、26(a)、(b))。 The p-type silicon is etched to form signal lines 243, 244, 245 (FIGS. 25, 26 (a), (b)).

レジスト507、508、509、510、511、512、513、514、515を形成する(図27、28(a)、(b))。 Resist 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515 is formed (FIGS. 27, 28 (a), (b)).

酸化膜、窒化膜をエッチングし、酸化膜マスク583、584、585、586、587、588、589、590、591、窒化膜マスク592、593、594、595、596、597、598、599、600を形成する(図29、30(a)、(b))。 Oxide films and nitride films are etched to form oxide film masks 583, 584, 585, 586, 587, 588, 589, 590, 591, nitride film masks 592, 593, 594, 595, 596, 597, 598, 599, 600. (FIGS. 29, 30 (a), (b)).

レジストを剥離する(図31、32(a)、(b))。 The resist is removed (FIGS. 31, 32 (a) and (b)).

p型シリコンをエッチングし、島状半導体516、517、518、519、520、521、522、523、524を形成する(図33、34(a)、(b))。 The p-type silicon is etched to form island-like semiconductors 516, 517, 518, 519, 520, 521, 522, 523, and 524 (FIGS. 33, 34 (a), (b)).

酸化膜525を堆積し、平坦化し、エッチバックを行う(図35、36(a)、(b))。 An oxide film 525 is deposited, planarized, and etched back (FIGS. 35, 36 (a), (b)).

酸化を行い、酸化膜526、527、528、529、530、531、532、533、534を形成する(図37、38(a)、(b))。 Oxidation is performed to form oxide films 526, 527, 528, 529, 530, 531, 532, 533, 534 (FIGS. 37, 38 (a), (b)).

イオンインプラ時のマスクとするため、ポリシリコンを堆積し、エッチバックし、サイドウォール535、536、537、538、539、540、541、542、543状に残す。(図39、40(a)、(b))。 In order to use as a mask for ion implantation, polysilicon is deposited, etched back, and left in the form of sidewalls 535, 536, 537, 538, 539, 540, 541, 542, 543. (FIGS. 39, 40 (a), (b)).

酸化膜を剥離し、リンをインプラントする場所を露出する(図41、42(a)、(b))。 The oxide film is peeled off, and the place where phosphorus is implanted is exposed (FIGS. 41, 42 (a), (b)).

イオンインプラ時のイオンチャネリング防止のため酸化膜601、602、603を形成する(図43、44(a)、(b))。 Oxide films 601, 602, 603 are formed to prevent ion channeling during ion implantation (FIGS. 43, 44 (a), (b)).

リンをイオンインプラし、アニールを行い、信号線243、244、245とn+型拡散層234、235、236、237、238、239、240、241、242を形成する(図45、46(a)、(b))。 Phosphorus is ion-implanted and annealed to form signal lines 243, 244, 245 and n + -type diffusion layers 234, 235, 236, 237, 238, 239, 240, 241, 242 (FIGS. 45 and 46 (a ), (B)).

ポリシリコン、酸化膜を剥離する(図47、48(a)、(b))。 The polysilicon and the oxide film are peeled off (FIGS. 47, 48 (a) and (b)).

酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックし、酸化膜層544を形成する(図49、50(a)、(b))。 An oxide film is deposited, planarized, and etched back to form an oxide film layer 544 (FIGS. 49, 50 (a), (b)).

ゲート酸化を行いゲート酸化膜545、546、547、548、549、550、551、552、553を形成し、ポリシリコン554を堆積し、平坦化を行い、エッチバックを行う(図51、52(a)、(b))。 Gate oxidation is performed to form gate oxide films 545, 546, 547, 548, 549, 550, 551, 552, 553, polysilicon 554 is deposited, planarized, and etched back (FIGS. 51 and 52). a), (b)).

ゲート(リセット線)のためのレジスト555、556、557を形成する(図53、54(a)、(b))。 Resists 555, 556, and 557 for gates (reset lines) are formed (FIGS. 53, 54 (a) and (b)).

ポリシリコンをエッチングし、ゲート(リセット線)231、232、233を形成する(図55、56(a)、(b))。 The polysilicon is etched to form gates (reset lines) 231, 232, 233 (FIGS. 55, 56 (a), (b)).

レジストを剥離する(図57、58(a)、(b))。 The resist is removed (FIGS. 57, 58 (a) and (b)).

シリコン柱の側壁の薄い酸化膜を剥離し、その後、イオンインプラ時のイオンチャネリング防止のため、シリコン柱側壁とゲートのポリシリコンを酸化し、酸化膜604、605、606を形成する。(図59、60(a)、(b))。 The thin oxide film on the side wall of the silicon pillar is peeled off, and then the silicon pillar side wall and the polysilicon of the gate are oxidized to form oxide films 604, 605, and 606 in order to prevent ion channeling during ion implantation. (FIGS. 59, 60 (a), (b)).

リンをインプラントし、n型拡散層213、214、215、216、217、218、219、220、221を形成する(図61、62(a)、(b))。 Phosphorus is implanted to form n-type diffusion layers 213, 214, 215, 216, 217, 218, 219, 220, and 221 (FIGS. 61, 62 (a) and (b)).

窒化膜を剥離する(図63、64(a)、(b))。 The nitride film is peeled off (FIGS. 63, 64 (a) and (b)).

酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックし、酸化膜246を形成する(図65、66(a)、(b))。 An oxide film is deposited, planarized, and etched back to form an oxide film 246 (FIGS. 65, 66 (a) and (b)).

イオンインプラ時のイオンチャネリング防止のため酸化し、酸化膜559、560、561、562、563、564、565、566、567を形成する(図67、68(a)、(b))。 Oxidation is performed to prevent ion channeling during ion implantation to form oxide films 559, 560, 561, 562, 563, 564, 565, 566, and 567 (FIGS. 67, 68 (a) and (b)).

ボロンをインプラし、アニールし、p+型拡散層201、202、203、204、205、206、207、208、209を形成する(図69、70(a)、(b))。 Boron is implanted and annealed to form p + -type diffusion layers 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, and 209 (FIGS. 69, 70 (a), (b)).

酸化膜を剥離する(図71、72(a)、(b))。 The oxide film is peeled off (FIGS. 71, 72 (a) and (b)).

金属568を堆積し、平坦化し、エッチバックする(図73、74(a)、(b))。 Metal 568 is deposited, planarized, and etched back (FIGS. 73, 74 (a), (b)).

画素選択線のためのレジスト569、570、571を形成する(図75、76(a)、(b))。 Resist 569, 570 and 571 for pixel selection lines are formed (FIGS. 75, 76 (a) and (b)).

金属をエッチングし、画素選択線210,211,212を形成する(図77、78(a)、(b))。 The metal is etched to form pixel selection lines 210, 211, and 212 (FIGS. 77, 78 (a), (b)).

レジストを剥離し、表面保護膜572を形成する(図79、80(a)、(b))。 The resist is peeled off to form a surface protective film 572 (FIGS. 79, 80 (a), (b)).

また、実施例では、
p型不純物添加領域を、電荷蓄積部が取り囲み、
p型不純物添加領域を、絶縁膜を介してゲートが取り囲む構造の固体撮像素子を用いたが、
図81に示すように、絶縁膜を介してゲート655がp型不純物添加領域652の一部を、取り囲んでもよい。
図81は、この発明に係わる他の実施例を示す鳥瞰図であり、図82(a)は、図81のX4−X4’断面図であり、図82(b)は図82(a)の等価回路図であり、図83(a)は、図81のY4−Y4’断面図であり、図83(b)は図83(a)の等価回路図である。
シリコン基板660上に、酸化膜661が形成され、酸化膜661上に信号線654が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層653と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域652と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート655と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部651と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層650と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線656が形成される。
層間絶縁膜として、酸化膜657が形成される。
p+型拡散層650と、n型拡散層651とは、光電変換用フォトダイオード664として機能し、
p+型拡散層650と、n型拡散層651と、p型不純物添加領域652とは、増幅用トランジスタ665として機能し、
n+型拡散層653と、p型不純物添加領域652と、n型拡散層651とゲート655とは、リセットトランジスタ663として機能し、
p型不純物添加領域652と、n+型拡散層653とは、ダイオード662として機能する。
また、図84に示すように、電荷蓄積部751がp型不純物添加領域752の一部を取り囲み、
絶縁膜を介してゲート755がp型不純物添加領域752の一部を、取り囲んでもよい。
図84は、この発明に係わる他の実施例を示す鳥瞰図であり、図85(a)は、図84のX5−X5’断面図であり、図85(b)は図85(a)の等価回路図であり、図86(a)は、図84のY5−Y5’断面図であり、図86(b)は図86(a)の等価回路図である。
シリコン基板760上に、酸化膜761が形成され、酸化膜761上に信号線754が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層753と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域752と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート755と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部751と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層750と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線756が形成される。
層間絶縁膜として、酸化膜757が形成される。
p+型拡散層750と、n型拡散層751とは、光電変換用フォトダイオード764として機能し、
p+型拡散層750と、n型拡散層751と、p型不純物添加領域752とは、増幅用トランジスタ765として機能し、
n+型拡散層753と、p型不純物添加領域752と、n型拡散層751とゲート755とは、リセットトランジスタ763として機能し、
p型不純物添加領域752と、n+型拡散層753とは、ダイオード762として機能する。
In the example,
The charge storage portion surrounds the p-type impurity doped region,
Although a solid-state imaging device having a structure in which the gate surrounds the p-type impurity doped region via an insulating film,
As shown in FIG. 81, the gate 655 may surround a part of the p-type impurity added region 652 with an insulating film interposed therebetween.
81 is a bird's-eye view showing another embodiment according to the present invention, FIG. 82 (a) is a cross-sectional view taken along line X 4 -X 4 ′ of FIG. 81, and FIG. 82 (b) is FIG. 82 (a). 83A is a sectional view taken along the line Y 4 -Y 4 ′ of FIG. 81, and FIG. 83B is an equivalent circuit diagram of FIG. 83A.
An oxide film 661 is formed on the silicon substrate 660, and a signal line 654 is formed on the oxide film 661.
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -type diffusion layer 653 connected to the signal line below the island-shaped semiconductor;
A p-type impurity doped region 652 adjacent to the upper side of the n + -type diffusion layer;
A gate 655 connected to the p-type impurity doped region via an insulating film;
A charge storage unit 651 composed of an n-type diffusion layer connected to the p-type impurity-added region and having a charge amount that changes upon receiving light;
A p + -type diffusion layer 650 adjacent to the p-type impurity doped region and the n-type diffusion layer;
A pixel selection line 656 connected to the p + -type diffusion layer on the island-like semiconductor is formed.
An oxide film 657 is formed as an interlayer insulating film.
The p + -type diffusion layer 650 and the n-type diffusion layer 651 function as a photoelectric conversion photodiode 664,
The p + -type diffusion layer 650, the n-type diffusion layer 651, and the p-type impurity added region 652 function as an amplifying transistor 665,
The n + -type diffusion layer 653, the p-type impurity addition region 652, the n-type diffusion layer 651, and the gate 655 function as the reset transistor 663,
The p-type impurity doped region 652 and the n + -type diffusion layer 653 function as a diode 662.
As shown in FIG. 84, the charge storage portion 751 surrounds a part of the p-type impurity addition region 752,
The gate 755 may surround a part of the p-type impurity addition region 752 through the insulating film.
84 is a bird's-eye view showing another embodiment according to the present invention, FIG. 85 (a) is a cross-sectional view taken along line X 5 -X 5 ′ of FIG. 84, and FIG. 85 (b) is FIG. 86A is a cross-sectional view taken along the line Y 5 -Y 5 ′ of FIG. 84, and FIG. 86B is an equivalent circuit diagram of FIG. 86A.
An oxide film 761 is formed on the silicon substrate 760, and a signal line 754 is formed on the oxide film 761,
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -type diffusion layer 753 connected to the signal line below the island-shaped semiconductor;
A p-type impurity doped region 752 adjacent to the upper side of the n + -type diffusion layer;
A gate 755 connected to the p-type impurity doped region via an insulating film;
A charge storage unit 751 connected to the p-type impurity addition region and made of an n-type diffusion layer whose charge amount changes upon receiving light;
A p + -type diffusion layer 750 adjacent to the p-type impurity doped region and the n-type diffusion layer;
A pixel selection line 756 connected to the p + type diffusion layer on the island-like semiconductor is formed.
An oxide film 757 is formed as an interlayer insulating film.
The p + -type diffusion layer 750 and the n-type diffusion layer 751 function as a photoelectric conversion photodiode 764.
The p + -type diffusion layer 750, the n-type diffusion layer 751, and the p-type impurity added region 752 function as an amplifying transistor 765,
The n + -type diffusion layer 753, the p-type impurity addition region 752, the n-type diffusion layer 751 and the gate 755 function as the reset transistor 763.
The p-type impurity doped region 752 and the n + -type diffusion layer 753 function as the diode 762.

本発明では、
ゲートとソースが光電変換用フォトダイオードとして機能し、ゲートが電荷蓄積部として機能し、電荷蓄積部の電荷を増幅する接合トランジスタからなる増幅用トランジスタと、
増幅用トランジスタのゲートにソースが接続され、電荷蓄積部をリセットするMOSトランジスタからなるリセットトランジスタと、
増幅用トランジスタのドレインに陽極が接続され、リセットトランジスタのドレインに陰極が接続されたダイオードと、
増幅用トランジスタのソースに接続された画素選択線と、
ダイオードの陰極に接続された信号線と、
で構成された固体撮像素子である。
すなわち、光電変換部と増幅部と画素選択部及びリセット部を、接合トランジスタからなる増幅用トランジスタと、MOSトランジスタからなるリセットトランジスタと、ダイオード、計3素子で構成するため、1画素中の素子数を減らすことができる。
In the present invention,
An amplifying transistor comprising a junction transistor in which a gate and a source function as a photoelectric conversion photodiode, a gate functions as a charge storage unit, and amplifies the charge in the charge storage unit;
A reset transistor composed of a MOS transistor having a source connected to the gate of the amplifying transistor and resetting the charge storage unit;
A diode having an anode connected to the drain of the amplifying transistor and a cathode connected to the drain of the reset transistor;
A pixel selection line connected to the source of the amplifying transistor;
A signal line connected to the cathode of the diode;
It is a solid-state image sensor comprised by these.
That is, since the photoelectric conversion unit, the amplification unit, the pixel selection unit, and the reset unit are configured by a total of three elements, that is, an amplifying transistor composed of a junction transistor, a reset transistor composed of a MOS transistor, and a diode, the number of elements in one pixel Can be reduced.

また、本発明では、
基板上に形成された信号線と、
前記信号線の上に配置される島状半導体と、
前記島状半導体の上部に接続された画素選択線とを含んでいる固体撮像素子であって、
前記島状半導体は、
前記島状半導体の下部に配置され、前記信号線に接続された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートと、
前記第2の半導体層に接続された、受光すると電荷量が変化する第3の半導体層からなる前記電荷蓄積部と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接し、前記画素選択線に接続された第4の半導体層とを備えた固体撮像素子が提供される。
前記第3の半導体層と前記第4の半導体層は、光電変換用フォトダイオードとして機能し、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層と前記第4の半導体層とは、増幅用トランジスタとして機能し、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層と前記第3の半導体層と前記ゲートとはリセットトランジスタとして機能する。
これにより、光電変換部と増幅部と画素選択部及びリセット部をフォトダイオードの面積で実現するため、1画素の表面積に対する受光部の表面積の割合が大きいイメージセンサを可能とする。
In the present invention,
A signal line formed on the substrate;
An island-shaped semiconductor disposed on the signal line;
A solid-state imaging device including a pixel selection line connected to an upper portion of the island-shaped semiconductor,
The island-shaped semiconductor is
A first semiconductor layer disposed under the island-shaped semiconductor and connected to the signal line;
A second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
A gate connected to the second semiconductor layer via an insulating film;
The charge accumulating unit comprising a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer, the charge amount of which changes upon receiving light;
There is provided a solid-state imaging device including the second semiconductor layer and a fourth semiconductor layer adjacent to the upper side of the third semiconductor layer and connected to the pixel selection line.
The third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer function as a photoelectric conversion photodiode,
The second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer function as an amplifying transistor,
The first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the gate function as a reset transistor.
Accordingly, since the photoelectric conversion unit, the amplification unit, the pixel selection unit, and the reset unit are realized by the area of the photodiode, an image sensor in which the ratio of the surface area of the light receiving unit to the surface area of one pixel is made possible.

従来のCMOSイメージセンサの1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合は30%であった。本発明のイメージセンサを行列状に配置したときの1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合を見積もる。図87は円柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサ901、902、903、904、905、906、907、908、909を行列状に配置した平面図であり、図88は一画素を拡大した平面図であり、受光部911と画素選択線910が示される。Fは、wiring ruleである。1画素当たりの表面積を2μm×2μmとし、0.15μm wiring ruleプロセスを用いた。受光部(フォトダイオード)の表面積は、3.14×0.85μm×0.85μmである。円柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサを行列状に配置したときの1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合は、56.7%となる。
図89は四角柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサ912、913、914、915、916、917、918、919、920を行列状に配置した平面図であり、図90は一画素を拡大した平面図であり、受光部922と画素選択線921が示される。Fは、wiring ruleである。1画素当たりの表面積を2μm×2μmとし、0.15μm wiring ruleプロセスを用いた。受光部(フォトダイオード)の表面積は、1.7μm×1.7μmである。四角柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサを行列状に配置したときの1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合は、72.25%となる。すなわち、イメージセンサの単位画素をフォトダイオードの面積で実現するため、1画素の表面積に対する受光部の表面積の割合が大きいイメージセンサを可能とする。
The ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel of the conventional CMOS image sensor was 30%. The ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel when the image sensors of the present invention are arranged in a matrix is estimated. FIG. 87 is a plan view in which the image sensors 901, 902, 903, 904, 905, 906, 907, 908, and 909 of the present invention having cylindrical island-shaped semiconductors are arranged in a matrix, and FIG. FIG. 5 is an enlarged plan view showing a light receiving unit 911 and a pixel selection line 910. F is a wiring rule. The surface area per pixel was 2 μm × 2 μm, and a 0.15 μm wiring rule process was used. The surface area of the light receiving part (photodiode) is 3.14 × 0.85 μm × 0.85 μm. The ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel when the image sensors of the present invention having cylindrical island-shaped semiconductors are arranged in a matrix is 56.7%.
FIG. 89 is a plan view in which image sensors 912, 913, 914, 915, 916, 917, 918, 919, and 920 of the present invention having a quadrangular prism-shaped island-like semiconductor are arranged in a matrix, and FIG. Is an enlarged plan view showing a light receiving portion 922 and a pixel selection line 921. F is a wiring rule. The surface area per pixel was 2 μm × 2 μm, and a 0.15 μm wiring rule process was used. The surface area of the light receiving part (photodiode) is 1.7 μm × 1.7 μm. The ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel when the image sensors of the present invention having a square pillar-shaped island-shaped semiconductor are arranged in a matrix is 72.25%. That is, since the unit pixel of the image sensor is realized by the area of the photodiode, an image sensor in which the ratio of the surface area of the light receiving unit to the surface area of one pixel is made possible.

また、固体撮像装置において固体撮像素子を基板上にハニカム状に配置することにより、1画素の表面積に対する受光部の表面積の割合が大きいイメージセンサを可能とする。 Further, in the solid-state imaging device, by arranging the solid-state imaging elements on the substrate in a honeycomb shape, an image sensor in which the ratio of the surface area of the light receiving unit to the surface area of one pixel is made possible.

本発明のイメージセンサをハニカム状に配置したときの1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合を見積もる。図91は円柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサ923、924、925、926、927、928、929、930、931をハニカム状に配置した平面図であり、図92は一画素を拡大した平面図であり、受光部933と画素選択線932が示される。Fは、wiring ruleである。フォトダイオードの半径を0.85μmとし、0.15μmwiring ruleプロセスを用いた。受光部(フォトダイオード)の表面積は、3.14×0.85μm×0.85μmである。1画素の表面積は、6×(1μm×2/√3μm)/2である。円柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサを行列状に配置したときの1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合は、65.5%となる。図93は六角柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサ934、935、936、937、938、939、940、941、942をハニカム状に配置した平面図であり、図94は一画素を拡大した平面図であり、受光部944と画素選択線943が示される。Fは、wiring ruleである。1画素の表面積を6×(1μm×2/√3μm)/2とし、0.15μmwiring ruleプロセスを用いた。受光部(フォトダイオード)の表面積は、6×(0.85μm×2×0.85/√3μm)/2である。1画素の表面積は、6×(1μm×2/√3μm)/2である。六角柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサを行列状に配置したときの1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合は、72.25%となる。すなわちハニカム状に配置することにより、1画素の表面積に対する受光部の表面積の割合が大きいイメージセンサを可能とする。 The ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel when the image sensor of the present invention is arranged in a honeycomb shape is estimated. FIG. 91 is a plan view in which the image sensors 923, 924, 925, 926, 927, 928, 929, 930, and 931 of the present invention having cylindrical island-shaped semiconductors are arranged in a honeycomb shape, and FIG. FIG. 6 is an enlarged plan view showing a light receiving unit 933 and a pixel selection line 932. F is a wiring rule. The radius of the photodiode was 0.85 μm and a 0.15 μm wiring rule process was used. The surface area of the light receiving part (photodiode) is 3.14 × 0.85 μm × 0.85 μm. The surface area of one pixel is 6 × (1 μm × 2 / √3 μm) / 2. The ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel when the image sensors of the present invention having cylindrical island-shaped semiconductors are arranged in a matrix is 65.5%. FIG. 93 is a plan view in which the image sensors 934, 935, 936, 937, 938, 939, 940, 941, 942 of the present invention having hexagonal columnar island-shaped semiconductors are arranged in a honeycomb shape, and FIG. Is an enlarged plan view showing a light receiving portion 944 and a pixel selection line 943. F is a wiring rule. The surface area of one pixel was set to 6 × (1 μm × 2 / √3 μm) / 2, and a 0.15 μm wiring rule process was used. The surface area of the light receiving portion (photodiode) is 6 × (0.85 μm × 2 × 0.85 / √3 μm) / 2. The surface area of one pixel is 6 × (1 μm × 2 / √3 μm) / 2. The ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel when the image sensors of the present invention having hexagonal columnar island-shaped semiconductors are arranged in a matrix is 72.25%. That is, by arranging in a honeycomb shape, an image sensor in which the ratio of the surface area of the light receiving portion to the surface area of one pixel can be made large.

5. 光電変換用フォトダイオード
11. 画素選択クロックライン
12. リセットクロックライン
13. 信号線
14. 電源線
101. 増幅用トランジスタ
102. リセットトランジスタ
103. 選択トランジスタ
114. リセット用の電源線
150. p+型拡散層
151. 電荷蓄積部
152. p型不純物添加領域
153. n+型拡散層
154. 信号線
155. ゲート
156. 画素選択線
157. 酸化膜
160. シリコン基板
161. 酸化膜
162. ダイオード
163. リセットトランジスタ
164. 光電変換用フォトダイオード
165. 増幅用トランジスタ
201. p+型拡散層
202. p+型拡散層
203. p+型拡散層
204. p+型拡散層
205. p+型拡散層
206. p+型拡散層
207. p+型拡散層
208. p+型拡散層
209. p+型拡散層
210. 画素選択線
211. 画素選択線
212. 画素選択線
213. 電荷蓄積部
214. 電荷蓄積部
215. 電荷蓄積部
216. 電荷蓄積部
217. 電荷蓄積部
218. 電荷蓄積部
219. 電荷蓄積部
220. 電荷蓄積部
221. 電荷蓄積部
222. p型不純物添加領域
223. p型不純物添加領域
224. p型不純物添加領域
225. p型不純物添加領域
226. p型不純物添加領域
227. p型不純物添加領域
228. p型不純物添加領域
229. p型不純物添加領域
230. p型不純物添加領域
231. ゲート
232. ゲート
233. ゲート
234. n+型拡散層
235. n+型拡散層
236. n+型拡散層
237. n+型拡散層
238. n+型拡散層
239. n+型拡散層
240. n+型拡散層
241. n+型拡散層
242. n+型拡散層
243. 信号線
244. 信号線
245. 信号線
246. 酸化膜
250. シリコン基板
251. 酸化膜
401. フォトダイオード
402. 電荷蓄積部
403. 増幅用トランジスタ
404. 画素選択線
405. リセットトランジスタ
406. ゲート(リセット線)
407. 信号線
408. 読み出し電流Iread
409. ダイオード
501. p型シリコン
502. 窒化膜(SiN)
503. シリコン酸化膜
504. マスク
505. マスク
506. マスク
507. レジスト
508. レジスト
509. レジスト
510. レジスト
511. レジスト
512. レジスト
513. レジスト
514. レジスト
515. レジスト
516. 島状半導体
517. 島状半導体
518. 島状半導体
519. 島状半導体
520. 島状半導体
521. 島状半導体
522. 島状半導体
523. 島状半導体
524. 島状半導体
525. 酸化膜
526. 酸化膜
527. 酸化膜
528. 酸化膜
529. 酸化膜
530. 酸化膜
531. 酸化膜
532. 酸化膜
533. 酸化膜
534. 酸化膜
535. サイドウォール
536. サイドウォール
537. サイドウォール
538. サイドウォール
539. サイドウォール
540. サイドウォール
541. サイドウォール
542. サイドウォール
543. サイドウォール
544. 酸化膜層
545. ゲート酸化膜
546. ゲート酸化膜
547. ゲート酸化膜
548. ゲート酸化膜
549. ゲート酸化膜
550. ゲート酸化膜
551. ゲート酸化膜
552. ゲート酸化膜
553. ゲート酸化膜
554. ポリシリコン
555. レジスト
556. レジスト
557. レジスト
559. 酸化膜
560. 酸化膜
561. 酸化膜
562. 酸化膜
563. 酸化膜
564. 酸化膜
565. 酸化膜
566. 酸化膜
567. 酸化膜
568. 金属
569. レジスト
570. レジスト
571. レジスト
572. 表面保護膜
580. 窒化膜マスク
581. 窒化膜マスク
582. 窒化膜マスク
583. 酸化膜マスク
584. 酸化膜マスク
585. 酸化膜マスク
586. 酸化膜マスク
587. 酸化膜マスク
588. 酸化膜マスク
589. 酸化膜マスク
590. 酸化膜マスク
591. 酸化膜マスク
592. 窒化膜マスク
593. 窒化膜マスク
594. 窒化膜マスク
595. 窒化膜マスク
596. 窒化膜マスク
597. 窒化膜マスク
598. 窒化膜マスク
599. 窒化膜マスク
600. 窒化膜マスク
601. 酸化膜
602. 酸化膜
603. 酸化膜
604. 酸化膜
605. 酸化膜
606. 酸化膜
650. p+型拡散層
651. 電荷蓄積部
652. p型不純物添加領域
653. n+型拡散層
654. 信号線
655. ゲート
656. 画素選択線
657. 酸化膜
660. シリコン基板
661. 酸化膜
662. ダイオード
663. リセットトランジスタ
664. 光電変換用フォトダイオード
665. 増幅用トランジスタ
750. p+型拡散層
751. 電荷蓄積部
752. p型不純物添加領域
753. n+型拡散層
754. 信号線
755. ゲート
756. 画素選択線
757. 酸化膜
760. シリコン基板
761. 酸化膜
762. ダイオード
763. リセットトランジスタ
764. 光電変換用フォトダイオード
765. 増幅用トランジスタ
820. 島状半導体
821. 島状半導体
822. 島状半導体
823. 島状半導体
824. 島状半導体
825. 島状半導体
826. 島状半導体
827. 島状半導体
828. 島状半導体
829. 島状半導体
830. 島状半導体
831. 島状半導体
832. 島状半導体
833. 島状半導体
834. 島状半導体
835. 島状半導体
836. 島状半導体
837. 島状半導体
838. 島状半導体
901. イメージセンサ
902. イメージセンサ
903. イメージセンサ
904. イメージセンサ
905. イメージセンサ
906. イメージセンサ
907. イメージセンサ
908. イメージセンサ
909. イメージセンサ
910. 画素選択線
911. 受光部
912. イメージセンサ
913. イメージセンサ
914. イメージセンサ
915. イメージセンサ
916. イメージセンサ
917. イメージセンサ
918. イメージセンサ
919. イメージセンサ
920. イメージセンサ
921. 画素選択線
922. 受光部
923. イメージセンサ
924. イメージセンサ
925. イメージセンサ
926. イメージセンサ
927. イメージセンサ
928. イメージセンサ
929. イメージセンサ
930. イメージセンサ
931. イメージセンサ
932. 画素選択線
933. 受光部
934. イメージセンサ
935. イメージセンサ
936. イメージセンサ
937. イメージセンサ
938. イメージセンサ
939. イメージセンサ
940. イメージセンサ
941. イメージセンサ
942. イメージセンサ
943. 画素選択線
944. 受光部
5. Photoelectric conversion photodiode 11. Pixel selection clock line 12. Reset clock line 13. Signal line 14. Power supply line 101. Amplification transistor 102. Reset transistor 103. Selection transistor 114. Reset power supply line 150. p + Type diffusion layer 151. Charge storage portion 152. P-type impurity doped region 153. n + type diffusion layer 154. Signal line 155. Gate 156. Pixel selection line 157. Oxide film 160. Silicon substrate 161. Oxide film 162. Diode 163 Reset transistor 164. Photoelectric conversion photodiode 165. Amplification transistor 201. p + type diffusion layer 202. p + type diffusion layer 203. p + type diffusion layer 204. p + type diffusion layer 205. p + type diffusion layer 206. p + type diffusion layer 207. p + type diffusion layer 208. p + type diffusion layer 209. p + type diffusion layer 210. Pixel selection line 211. Pixel selection line 212. Pixel selection line 213. Charge storage unit 214. Charge storage unit 215. Charge storage unit 216. Charge storage unit 217. Charge storage unit 218. Charge storage unit 219. Charge storage unit 220. Charge storage unit 221. Charge storage part 222. p-type impurity added region 223. p-type impurity added region 224. p-type impurity added region 225. p-type impurity added region 226. p-type impurity added region 227. p-type impurity added region 228. p-type impurity Addition region 229. p-type impurity addition region 230. p-type impurity addition region 231. Gate 232. Gate 233. Gate 234. n + type diffusion layer 235. n + type diffusion layer 236. n + type diffusion layer 237. n + N + type diffusion layer 239. n + type diffusion layer 240. n + type diffusion layer 241. n + type diffusion layer 242. n + type diffusion layer 243. signal line 244. signal line 245. signal line 246. Oxide film 250. Silicon substrate 251. Oxide film 401. Photodiode 402. Charge storage unit 403. Amplifying transistor 404. Pixel selection line 405. Reset transistor 406. Gate (reset line)
407. Signal line 408. Read current Iread
409. Diode 501. P-type silicon 502. Nitride film (SiN)
503. Silicon oxide film 504. Mask 505. Mask 506. Mask 507. Resist 508. Resist 509. Resist 510. Resist 511. Resist 512. Resist 513. Resist 514. Resist 515. Resist 516. Island-like semiconductor 517. Island-like semiconductor Semiconductor 518. Island semiconductor 519. Island semiconductor 520. Island semiconductor 521. Island semiconductor 522. Island semiconductor 523. Island semiconductor 524. Island semiconductor 525. Oxide film 526. Oxide film 527. Oxide film 528. Oxide film 529. Oxide film 530. Oxide film 531. Oxide film 532. Oxide film 533. Oxide film 534. Oxide film 535. Side wall 536. Side wall 537. Side wall 538. Side wall 539. Side wall 540. Side wall 541. Sidewall 542. Sidewall 543. Sidewall 544. Oxide layer 545. Gate oxide 546. Gate oxide 547. Gate oxide 548. Gate oxide 549. Gate oxide 550. Gate oxide 551. Gate oxide 552. Gate oxide 553. Gate Oxide film 554. Polysilicon 555. Resist 556. Resist 557. Resist 559. Oxide film 560. Oxide film 561. Oxide film 562. Oxide film 563. Oxide film 564. Oxide film 565. Oxide film 566. Oxide film 567. Oxide film 567. Oxide film 567 Film 568. metal 569. resist 570. resist 571. resist 572. surface protective film 580. nitride film mask 581. nitride film mask 582. nitride film mask 583. oxide film mask 584. oxide film mask 585. oxide film mask 586. Oxide mask 587. Oxide mask 588. Oxide mask 589. Oxide mask 590. Acid Oxide mask 592. Nitride mask 593. Nitride mask 595. Nitride mask 596. Nitride mask 597. Nitride mask 598. Nitride mask 599. Nitride mask 600. Oxide film 602. Oxide film 603. Oxide film 604. Oxide film 605. Oxide film 606. Oxide film 650. P + type diffusion layer 651. Charge storage portion 652. P type impurity added region 653. N + type Diffusion layer 654. Signal line 655. Gate 656. Pixel selection line 657. Oxide film 660. Silicon substrate 661. Oxide film 662. Diode 663. Reset transistor 664. Photoelectric conversion photodiode 665. Amplification transistor 750. p + type Diffusion layer 751. Charge storage portion 752. P-type impurity doped region 753. N + type diffusion layer 754. Signal line 755. Gate 756. Pixel selection line 757. Oxide film 760. Silicon substrate 761. Oxide film 762. Diode 763. Reset transistor 764. Photodiode for conversion 765. Amplification transistor 820. Island-like semiconductor 821. Island-like semiconductor 822. Island-like semiconductor 823. Island Semiconductor 824. Island Semiconductor 825. Island Semiconductor 826. Island Semiconductor 827. Island Semiconductor 828. Island Semiconductor 829. Island Semiconductor 830. Island Semiconductor 831. Island Semiconductor 832. Island Semiconductor 833. Island Semiconductor 834. Island Semiconductor 835. Island Semiconductor 836. Island Semiconductor 837. Island Semiconductor 838. Island Semiconductor 901. Image Sensor 902. Image Sensor 903. Image Sensor 904. Image Sensor 905. Image Sensor 906. Image sensor 907. Image sensor 908. Image sensor 909. Image sensor 910. Pixel selection line 911. Light receiving unit 912. Image sensor 913. Image sensor 914. Image sensor 915. Image sensor 916. Image sensor 917. Image sensor 918. Image sensor 919. Image sensor 920. Image sensor 921. Pixel Selection line 922. Light receiving unit 923. Image sensor 924. Image sensor 925. Image sensor 926. Image sensor 927. Image sensor 928. Image sensor 929. Image sensor 930. Image sensor 931. Image sensor 932. Pixel selection line 933. Light reception 934. Image sensor 935. Image sensor 936. Image sensor 937. Image sensor 938. Image sensor 939. Image sensor 940. Image sensor 941. Image sensor 94 . The image sensor 943. The pixel selection line 944. receiving portion

Claims (13)

基板上に配列された固体撮像素子を備えた固体撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、
基板上に形成された信号線と、
前記信号線の上に配置される島状半導体と、
前記島状半導体の上部に接続された画素選択線とを備え、
前記島状半導体は、
前記島状半導体の下部に配置され、前記信号線に接続された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートと、
前記第2の半導体層に接続された、受光すると電荷量が変化する第3の半導体層からなる前記電荷蓄積部と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接し、前記画素選択線に接続された第4の半導体層と、を備え、
前記固体撮像素子を基板上にハニカム状に配列したことを特徴とする固体撮像装置。
A solid-state imaging device including a solid-state imaging device arranged on a substrate,
The solid-state imaging device is
A signal line formed on the substrate;
An island-shaped semiconductor disposed on the signal line;
A pixel selection line connected to the upper part of the island-shaped semiconductor,
The island-shaped semiconductor is
A first semiconductor layer disposed under the island-shaped semiconductor and connected to the signal line;
A second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
A gate connected to the second semiconductor layer via an insulating film;
The charge accumulating unit comprising a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer, the charge amount of which changes upon receiving light;
A fourth semiconductor layer that is adjacent to the upper side of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer and is connected to the pixel selection line,
A solid-state imaging device, wherein the solid-state imaging elements are arranged in a honeycomb shape on a substrate.
前記信号線はn+型拡散層であり、前記第1の半導体層はn+型拡散層であり、前記第2の半導体層はp型不純物添加領域であり、前記第3の半導体層はn型拡散層であり、前記第4の半導体層はp+型拡散層である請求項1に記載の固体撮像装置。   The signal line is an n + -type diffusion layer, the first semiconductor layer is an n + -type diffusion layer, the second semiconductor layer is a p-type impurity doped region, and the third semiconductor layer is n The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is a type diffusion layer, and the fourth semiconductor layer is a p + type diffusion layer. 前記p+型拡散層と、n型拡散層とは、光電変換用フォトダイオードとして機能し、
前記p+型拡散層と、n型拡散層と、p型不純物添加領域とは、増幅用トランジスタとして機能し、
前記第1の半導体層のn+型拡散層と、p型不純物添加領域と、n型拡散層とゲートとは、リセットトランジスタとして機能し、
前記p型不純物添加領域と、n+型拡散層とは、ダイオードとして機能する請求項2に記載の固体撮像装置。
The p + -type diffusion layer and the n-type diffusion layer function as a photoelectric conversion photodiode,
The p + -type diffusion layer, the n-type diffusion layer, and the p-type impurity added region function as an amplifying transistor,
The n + -type diffusion layer, the p-type impurity doped region, the n-type diffusion layer and the gate of the first semiconductor layer function as a reset transistor,
The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the p-type impurity added region and the n + -type diffusion layer function as a diode.
前記島状半導体は円柱形状である請求項1から3のいずれか1つに記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the island-shaped semiconductor has a cylindrical shape. 前記島状半導体は六角柱形状である請求項1から3のいずれか1つに記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the island-shaped semiconductor has a hexagonal column shape. 基板上に配列された固体撮像素子を備えた固体撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、
基板上に形成された信号線と、
前記信号線の上に配置される島状半導体と、
前記島状半導体の上部に接続された画素選択線とを含んでおり、
前記島状半導体は、
前記島状半導体の下部に配置され、前記信号線に接続された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートと、
前記第2の半導体層に接続された、受光すると電荷量が変化する第3の半導体層からなる前記電荷蓄積部と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接し、前記画素選択線に接続された第4の半導体層とを備え、
前記固体撮像素子は、基板上にn行m列(n、mは1以上)として行列状に配列され、
前記島状半導体は円柱形状である固体撮像装置。
A solid-state imaging device including a solid-state imaging device arranged on a substrate,
The solid-state imaging device is
A signal line formed on the substrate;
An island-shaped semiconductor disposed on the signal line;
A pixel selection line connected to the upper part of the island-shaped semiconductor,
The island-shaped semiconductor is
A first semiconductor layer disposed under the island-shaped semiconductor and connected to the signal line;
A second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
A gate connected to the second semiconductor layer via an insulating film;
The charge accumulating unit comprising a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer, the charge amount of which changes upon receiving light;
A fourth semiconductor layer adjacent to the second semiconductor layer and above the third semiconductor layer and connected to the pixel selection line;
The solid-state imaging device is arranged in a matrix as n rows and m columns (n and m are 1 or more) on the substrate,
The island-shaped semiconductor is a solid-state imaging device having a cylindrical shape.
基板上に配列された固体撮像素子を備えた固体撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、
基板上に形成された信号線と、
前記信号線の上に配置される島状半導体と、
前記島状半導体の上部に接続された画素選択線とを含んでおり、
前記島状半導体は、
前記島状半導体の下部に配置され、前記信号線に接続された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートと、
前記第2の半導体層に接続された、受光すると電荷量が変化する第3の半導体層からなる前記電荷蓄積部と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接し、前記画素選択線に接続された第4の半導体層とを備え、
前記固体撮像素子は、基板上にn行m列(n、mは1以上)として行列状に配列され、
前記島状半導体は四角柱形状である固体撮像装置。
A solid-state imaging device including a solid-state imaging device arranged on a substrate,
The solid-state imaging device is
A signal line formed on the substrate;
An island-shaped semiconductor disposed on the signal line;
A pixel selection line connected to the upper part of the island-shaped semiconductor,
The island-shaped semiconductor is
A first semiconductor layer disposed under the island-shaped semiconductor and connected to the signal line;
A second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
A gate connected to the second semiconductor layer via an insulating film;
The charge accumulating unit comprising a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer, the charge amount of which changes upon receiving light;
A fourth semiconductor layer adjacent to the second semiconductor layer and above the third semiconductor layer and connected to the pixel selection line;
The solid-state imaging device is arranged in a matrix as n rows and m columns (n and m are 1 or more) on the substrate,
The island-shaped semiconductor is a solid-state imaging device having a quadrangular prism shape.
前記信号線はn+型拡散層であり、前記第1の半導体層はn+型拡散層であり、前記第2の半導体層はp型不純物添加領域であり、前記第3の半導体層はn型拡散層であり、前記第4の半導体層はp+型拡散層である請求項6又は7に記載の固体撮像装置。   The signal line is an n + -type diffusion layer, the first semiconductor layer is an n + -type diffusion layer, the second semiconductor layer is a p-type impurity doped region, and the third semiconductor layer is n The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the solid-state imaging device is a p-type diffusion layer, and the fourth semiconductor layer is a p + -type diffusion layer. 前記p+型拡散層と、n型拡散層とは、光電変換用フォトダイオードとして機能し、
前記p+型拡散層と、n型拡散層と、p型不純物添加領域とは、増幅用トランジスタとして機能し、
前記第1の半導体層のn+型拡散層と、p型不純物添加領域と、n型拡散層とゲートとは、リセットトランジスタとして機能し、
前記p型不純物添加領域と、n+型拡散層とは、ダイオードとして機能する請求項8の固体撮像装置。
The p + -type diffusion layer and the n-type diffusion layer function as a photoelectric conversion photodiode,
The p + -type diffusion layer, the n-type diffusion layer, and the p-type impurity added region function as an amplifying transistor,
The n + -type diffusion layer, the p-type impurity doped region, the n-type diffusion layer and the gate of the first semiconductor layer function as a reset transistor,
The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the p-type impurity doped region and the n + -type diffusion layer function as a diode.
固体撮像素子の製造方法であって、
基板上に信号線を形成する工程と、
前記信号線上の島状半導体を形成する工程と、
前記島状半導体下部の前記信号線に接続された第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層上に隣接する第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートを形成する工程と、
前記第2の半導体層に接続された第3の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接する第4の半導体層を形成する工程と、
前記第4の半導体層に接続する画素選択線を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載の固体撮像素子の製造方法。
A method of manufacturing a solid-state imaging device,
Forming a signal line on the substrate;
Forming an island semiconductor on the signal line;
Forming a first semiconductor layer connected to the signal line under the island-shaped semiconductor;
Forming a second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
Forming a gate connected to an adjacent second semiconductor layer on the first semiconductor layer via an insulating film;
Forming a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer;
Forming a fourth semiconductor layer adjacent to an upper side of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer;
Forming a pixel selection line connected to the fourth semiconductor layer;
The manufacturing method of the solid-state image sensor as described in any one of Claim 1 to 9 characterized by the above-mentioned.
固体撮像素子の製造方法であって、
酸化膜上に、p型シリコンを形成し、p型シリコン上に、窒化膜を堆積し、シリコン酸化膜堆積し、
レジストを形成し、酸化膜エッチングを行い、窒化膜エッチングを行い、レジストを剥離し、信号線を形成するための酸化膜マスクと窒化膜マスクを形成し、
p型シリコンをエッチングし、信号線を形成する工程と、
島状半導体を形成するためのレジストを形成し、
酸化膜、窒化膜をエッチングし、
レジストを剥離し、
p型シリコンをエッチングし、島状半導体を形成する工程と、
酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックを行い、
酸化を行い酸化膜を形成し、
イオン注入時のマスクとするため、ポリシリコンを堆積し、エッチバックし、サイドウォール状に残す工程と、
酸化膜を剥離しリンを注入する場所を露出し、
イオン注入時のイオンチャネリング防止のため酸化膜を形成し、
リンをイオン注入し、熱工程を行い、信号線とn+型拡散層を形成する工程と、
ポリシリコン、酸化膜を剥離し、
酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックし、酸化膜層を形成し、
ゲート酸化を行いゲート酸化膜を形成し、ポリシリコンを堆積し、平坦化を行い、エッチバックを行い、
ゲートのためのレジストを形成し、
ポリシリコンをエッチングし、ゲートを形成する工程と、
レジストを剥離し、
シリコン柱の側壁の薄い酸化膜を剥離し、イオン注入時のイオンチャネリング防止のため、シリコン柱側壁とゲートのポリシリコンを酸化し、酸化膜を形成し、
リンを注入し、n型拡散層を形成する工程と、
窒化膜を剥離し、
酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックし、酸化膜層を形成し、
イオン注入時のイオンチャネリング防止のため酸化し、酸化膜を形成し、
ボロンを注入し、熱工程を行い、p+型拡散層を形成する工程と、
酸化膜を剥離し、
金属を堆積し、平坦化し、エッチバックし、
画素選択線のためのレジストを形成し、
金属をエッチングし、画素選択線を形成する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の固体撮像素子の製造方法。
A method of manufacturing a solid-state imaging device,
P-type silicon is formed on the oxide film, a nitride film is deposited on the p-type silicon, a silicon oxide film is deposited,
Forming a resist, performing oxide film etching, performing nitride film etching, stripping the resist, forming an oxide film mask and a nitride film mask for forming a signal line;
etching p-type silicon to form a signal line;
Forming a resist to form an island-shaped semiconductor;
Etch oxide film, nitride film,
Strip the resist,
etching p-type silicon to form an island-shaped semiconductor;
Deposit oxide film, planarize, etch back,
Oxidize to form an oxide film,
In order to make a mask at the time of ion implantation, a process of depositing polysilicon, etching back, and leaving it in a sidewall shape;
Exfoliate the oxide film and expose the area where phosphorus is implanted,
An oxide film is formed to prevent ion channeling during ion implantation.
Implanting phosphorus, performing a thermal process, and forming a signal line and an n + -type diffusion layer;
Strip polysilicon and oxide film,
Deposit oxide, planarize, etch back, form oxide layer,
Perform gate oxidation to form a gate oxide film, deposit polysilicon, planarize, etch back,
Forming a resist for the gate,
Etching polysilicon to form a gate;
Strip the resist,
The thin oxide film on the side wall of the silicon pillar is peeled off, and in order to prevent ion channeling during ion implantation, the silicon pillar side wall and gate polysilicon are oxidized to form an oxide film.
Injecting phosphorus to form an n-type diffusion layer;
Strip the nitride film,
Deposit oxide, planarize, etch back, form oxide layer,
Oxidize to prevent ion channeling during ion implantation, form an oxide film,
Injecting boron and performing a thermal process to form a p + -type diffusion layer;
Strip the oxide film,
Deposit metal, planarize, etch back,
Forming a resist for the pixel selection line;
Etching the metal to form pixel selection lines;
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, further comprising:
前記第2の半導体層の一部は円柱形状であり、前記ゲートは、前記絶縁膜を介して、前記第2の半導体層の一部の外周を取り囲む請求項1に記載の固体撮像素子。   2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a part of the second semiconductor layer has a columnar shape, and the gate surrounds an outer periphery of a part of the second semiconductor layer through the insulating film. 前記第2の半導体層の他の一部は円柱形状であり、前記第3の半導体層は、前記第2の半導体層の前記他の一部の外周を取り囲む請求項12に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 12, wherein another part of the second semiconductor layer has a cylindrical shape, and the third semiconductor layer surrounds an outer periphery of the other part of the second semiconductor layer. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3965411A1 (en) * 2020-09-03 2022-03-09 Jena Optronik GmbH Detector, optoelectronic imaging system and spacecraft for imaging

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